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萬物的尺度:一個理想、兩個科學家、七年的測量和一個公制單位的誕生

萬物的尺度:一個理想、兩個科學家、七年的測量和一個公制單位的誕生

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內容簡介

  「征服者來來去去,但此一成就將永垂不朽。」──拿破崙

  公尺、公斤、公升……這些度量衡是我們生活的一部分,是現今全球化世界溝通一切的基礎工具,理所當然到我們根本感覺不出它們存在;然而,這衡量萬物的標準,並不是這麼「自然而然」地出現。你可知道最初定義的公尺長度,是地球從極地到赤道長度的一千萬分之一?那麼兩百多年前,人類還沒登上太空、衛星還沒出現,地球的長度、世界的形狀,該如何測量?是什麼樣的時代喚起世人追求「公制」的想望?

  法國大革命發生的十八世紀,歐洲各國的知識分子承繼啟蒙時代以來,追求科學與理性的狂熱。革命之前王朝時期的法國,每一省、甚至每一個城鎮各有自己度量事物的標準。二十五萬種形形色色的重量與尺度單位,讓那些具革命思想的科學家體認到,分歧多異阻礙了多少傳播與商業活動,他們夢想把法國、最終是全世界,轉變為貨物與資訊公開交流的自由市場,這一切,沒有公制度量衡將無法實現。

  科學家希望世人以恆久不變的地球作為度量的基礎,公尺將為世上所有人民平等共有。於是兩位天文學家──德朗柏與梅杉,沿著法國的經線,一位從巴黎往北走,另一位往南行,他們要測量這條經線的精確長度,據以推測地球四分之一經線的長度,接著計算出千萬分之一的「公尺」究竟是多長。革命的局勢仍未穩定,一般庶民小卒也無法理解他們的任務,於是種種致命的阻礙讓德朗柏差點被送上斷頭台,讓身處法西戰爭的梅杉被困在敵軍戰線內。一直要到七年後,他們才回到巴黎,受到英雄式的歡迎。不過梅杉為了自己小小的計算錯誤一直耿耿於懷,並試圖隱瞞……

  推動公尺的背後,需要多大的熱情,又需要面對多大的人性考驗?而科學上的錯誤該如何衡量?既追求烏托邦式的完美,又如何面對不得不接受、無可避免的缺陷?《萬物的尺度》充滿人性況味,這是一個堅毅與挫折交雜的科學之旅,也是真理與人性永恆糾纏的悲喜劇。

《孫維新好評推薦》
  兩千年前,秦朝推行的「書同文,車同軌」,是中國大地上建構統一度量衡的一個重要嘗試,以使不同區域的人民能不受阻礙地往來和交流。兩百年前,歐洲兩位天文學家的努力,卻是在為全人類找到一個生活上共通的語言??「公制」!今天「公制」對於我們每個人來說,早已經是「日用而不知」的習慣,但這個重要的度量制度,是如何發展出來的?《萬物的尺度》一書,將引領我們進入這一段歷史,讀一篇創造科學里程碑的偵探故事!孫維新 中央大學天文所副教授

  ◎交大科幻研究中心主任葉李華專文推薦,中央大學天文所副教授孫維新好評推薦。

  ◎二○○三年分別獲得英國、美國「科學史」學會頒發「最佳大眾書」獎。

  ◎《紐約時報》年度注目書,英、美各大媒體《經濟學人》、《發現》雜誌、《周日泰晤士報》、《周日電訊報》、《     觀察者》雜誌等,一致選為二○○二年度最佳書籍之一。

作者簡介

  亞爾德(Ken Alder),於美國伊利諾州的西北大學教授歷史,擁有哈佛大學科學史博士及物理學學士學位。一九九八年曾獲美國獎勵科技史著作的「德克斯特獎」(Dexter Prize)最佳書獎。

譯者簡介

  .張琰,台大哲學系畢,輔大翻譯學研究所碩士。譯有《比利時的哀愁》、《伊麗莎白的祕密》、《腦力大躍進》、《哈!小不列顛》、《朝聖》等書,現為專職譯者。

  .林志懋,台大物理系肄業、台大哲學系畢業。曾任雜誌社與出版社編輯,現專職翻譯。譯有《光的故事》、《阿基米德的浴缸》、《數學巨人哥德爾》、《艾可博士的36道推理謎題》等書。

 

推薦序 公尺滄桑史/葉李華            

  度量衡是一切科技的根本,本身也是一門最基礎的科技。在科技史上,公制的發明絕對是影響最深遠的事件之一。一九六?年至今舉世通用的「國際單位制」(International System of Units,簡稱SI),便是衍生自公制的一套系統。而無論是公制或國際單位制,公尺(metre或meter,源自希臘文「測量」)這個長度單位都具有中心地位。

  然而正如「國際度量衡局」所強調的「度量衡總是不停演化」,過去兩百多年來,公尺的定義經過數次大大小小的更迭,正好反映了十八世紀以來的科技發展。《萬物的尺度》這本書,正是要帶我們回到「公尺」定義的源頭,置身十八世紀科學家論辯與測量的現場,了解這一切如何發生。作者有如撰寫推理小說般鋪陳故事,一步一步解開隱藏在公尺背後的身世之謎,讀來趣味十足。

  公制與法國大革命有密不可分的關係。法國人早就有心建立一套科學的度量衡制度,一七八九年那場革命正好帶來「破舊立新」的機會。他們鄭重其事地設立一個委員會,成員包括當時好些大科學家。為了要讓這套度量衡成為名副其實的「公制」,委員會決議採用地球當標準,將北極到赤道的經線定義為一千萬公尺(粗略地說,便是將地球周長定義為四千萬公尺)。想當然耳,他們最初定義的是經過巴黎的經線,但後來真正測量的,則是從敦克爾克到巴塞隆納那一小段??根據這段距離,再配合天文觀測,便可推算出所需要的長度。然後將這段長度除以一千萬,便是製作「公尺原器」這根金屬棒的根據(這根金屬棒曾經改版好幾次,在此就不細究了)。

  從此以後,法國人推廣公制不遺餘力,不過由於想像得到的諸多因素,世界各地的阻力卻相當大。一八七五年是公制全球化的第一個里程碑:許多國家在「公尺條約」上簽字,算是承認了公制的國際地位。位於巴黎近郊的「國際度量衡局」便是根據這個條約於一八八九年成立的,而公尺定義則改為:保存於該局裡面那根鉑銥合金「國際公尺原器」上兩個刻度間的長度。

  根據這個定義,公尺遂定於一尊,與地球周長不再有絕對的關係。嚴格說來這不算走回頭路,原因之一是地球並非真正的球形,表面又凹凹凸凸,並不適合當長度的標準;原因之二是「國際公尺原器」還有許多副本,分送各國妥善保存,例如美國便將其副本存放於「國家標準與技術局」。

  但是隨著科技的發展,「公尺原器」這種中央集權式定義逐漸過時(缺點與政治上的中央集權一樣,一來風險太大,二來不夠親民)。於是在一九六?年,第十一屆「萬國度量衡會議」通過改以光波波長來定義公尺:將氪(86)原子某條橙色光譜線所對應的波長,定義為一公尺的一,六五?,七六三.七三分之一。如此只要有足夠精密的設備,任何實驗室皆可量得公尺的標準長度。套句政治術語,這是個標準的「去中心化」定義。有趣的是,某位法國科學家在一八二七年便提出過這樣的建議。

  不過這個定義卻只用了二十三年。到了一九八三年,第十七屆「萬國度量衡會議」再度翻案,改將光線在真空中行進一秒的距離定義為二九九,七九二,四五八公尺,小數點後面統統是零。這個定義不但比波長定義簡潔得多,而且放諸宇宙皆準。因為自從愛因斯坦一九?五年提出狹義相對論之後,物理學家便堅信真空光速是宇宙中最絕對的速度。值得注意的是,這個新定義造成「國際單位制」根本上的改變:最基本的物理量從長度變成了光速(通常寫作c)。此後測量光速的目的,不再是為了求得更精確的c值,而是為了對公尺做更精確的定義。

  為何要用二九九,七九二,四五八這個既古怪又麻煩的數字定義光速呢?那是因為雖然光速非常接近每秒三億公尺(三十萬公里),科學家卻早就測得十分精確的數據:以公尺的舊定義來說,這個數據的整數部分正是二九九,七九二,四五八。因此一九八三年的新定義可算是「倒因為果」,利用這個整數倒過來定義光速。據說當年在會場上,有人主張乾脆將光速定義為每秒恰好三億公尺,可惜這個高瞻遠矚的提議卻遭到否決。想必是由於那會使得許多精密數據被迫更改,而全球科學社群經不起這樣天翻地覆的變化。

  然而我相信總有一天,有識之士將體認到「長痛不如短痛」,而在某次「萬國度量衡會議」上將光速定義改為每秒三億公尺。至於時機什麼時候成熟呢?當然是全球大大小小的資料庫都充分連線,所有相關數據能在一聲令下同時更改的那一天。

葉李華 柏克萊加大理論物理博士,現任交通大學科幻研究中心主任,譯有眾多科普及科幻作品。

 

詳細資料

  • ISBN:9789867415608
  • 規格:平裝 / 384頁 / 16k菊 / 14.8 x 21 x 1.92 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

序幕

一七九二年六月,法蘭西王朝日薄西山,正當世界以大革命所許諾的新平等為中心開始轉動之時,兩位天文學家動身出發,朝著相反的方向,展開一段非凡的探尋之旅。博學多聞、見多識廣的德朗柏從巴黎往北,謹小慎微、一絲不苟的梅杉則往南。兩個人各搭乘一輛特別訂製的馬車,上面裝載著當時最先進的科學儀器,並有一名能幹的助手隨行。他們的任務是度量世界的長度,至少是從敦克爾克經巴黎到巴塞隆納的那段經線弧。他們希望,全世界從此都用地球作為他們共通的度量標準。他們的任務是以北極到赤道距離的千萬分之一作為此一新度量單位──「公尺」。

公尺恆存不變,因其取自地球,而地球本身恆久不變。公尺也將為世上所有人民平等共有,恰如地球為所有人民平等共有。借用這兩位科學家的前輩同行孔多塞(他是數學化社會科學之父,也是史上最偉大的樂觀主義者)之語,公制將「屬於所有人民、所有時代」。

我們常聽人說,科學是將全新觀念強加於人類歷史的一種革命力量。但科學也是崛起自人類歷史之中,重塑了日常活動的形式;有些活動太過慣常,我們幾乎不會注意到。度量是我們最為平常的行為,每當我們交換精確資訊,或是要分毫不差地買賣物品時,都會說著度量的語言。但正是這種無所不在的特性,讓度量隱而不彰。度量標準要發揮作用,就必須成為眾人共有的一套設定,我們以此未經檢驗的假定為背景,達成協議、做出區隔。這麼一來,度量單位被視為理所當然、無庸贅言,也就不令人意外了。但一個社會對其度量單位的用法,表現出這個社會對於公正性的看法。這正是天秤被廣泛用作正義象徵的原因。在《舊約聖經》中便找得到這樣的告誡:「你們不可在審判、在量桿、在秤砣、在量器上做任何不義之事。你們當有公正的天秤、公正的秤砣、公正的伊法(古希伯來的度量單位),和公正的容器。1」我們的度量方法,決定我們是什麼樣的人,以及我們所珍視的價值。

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