從日常生活到尖端技術，都離不開使用單位進行的精確測量。以國際推廣為目標的《米製公約》於1875年制定，5月20日迎來了150週年。為此，致力於普及計量標準與國際合作的日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所，首次向媒體公開了長期作為日本的質量和長度基準的「日本國公斤原器」與「日本國米原器」。負責人強調：「計量標準如同人類的共通語言，是科學技術帶來的一大成就。」
支撐生活、產業與科技的兩種「原器」
「前輩們以極其嚴謹的態度守護著它們。作為現任管理者，我感到無比自豪。」
在位於日本茨城縣筑波市的產綜研的一間房間內，計量標準綜合研究中心的首席研究員倉本直樹說完這番話，帶領記者進入了一扇厚重上鎖的門內。映入眼簾的是，正面擺放著一個刻有「大日本帝國度量衡原器」金色銘牌的頗具歷史感的保險櫃，內側以桐木包裹。其中放置的雙層玻璃容器內，有一個直徑和高度均為3.9厘米的銀色砝碼——這便是由鉑銥合金製成的1公斤原器。
倉本介紹保險櫃內嚴密保管的公斤原器（保險櫃上層中央）。5月12日攝於位於茨城縣筑波市的產業技術綜合研究所
使用桐木可調節濕度並抑制黴菌。存放保險櫃的房間濕度近乎0%。分配給各國的公斤原器約每40年集中檢查一次，日本的原器質量變化遠小於其他國家。據說某些國家只是將原器存放在普通櫃子中。聽到這裡，倉本開頭的發言更顯分量。嚴格守護計量標準對生活、產業和科技至關重要。公斤原器完好的保存狀態，正說明了近現代以來日本人對此的深刻認知。
倉本表示：「公斤原器也是日本走上現代化國家的象徵，是引進西方學問和科學謀求發展時代的重要知識基礎。從日本是最早加入《米製公約》的亞洲國家一事，其國家戰略可見一斑。」
米原器在另一個房間內。這是一根横向截面為「X」形、長1.02米棒狀物同樣由鉑銥合金製成的物體，表面凹槽刻有刻度，其兩端的間距為1米。採用X形設計是因為不易彎曲且表面積大，利於適應溫度變化。包括筆者在內的記者們，都為拍清楚兩端的細微刻度費盡心思。
米原器。採用X形設計是因為不易彎曲且表面積大，利於適應溫度變化。
隨著定義修訂，這裡的米原器與公斤原器已不再是基準，分別於2012年與2022年被指定為日本的國家重要文化遺產。
定義歷經變遷，採用「普遍基準」
森岡解釋計量標準的必要性
「若各地計量容器規格不一，雖在當地可行，卻會在跨地域交流中引發嚴重問題。比如在歉收年以更小的容器徵收年貢，領主或因此留下美名，但絕非全然好事。為了統一各國各地區不同的單位並在全球推廣，150年前締結了《米製公約》」，產綜研國際計量室主任森岡健浩如此解釋計量標準的必要性。
質量與長度定義隨科技進步不斷演變，以提升可信度。18世紀末法國將1公斤定義為1升水的質量並在其國內推廣。1889年公約締結後製作了「國際公斤原器」，由法國國際計量局管理，向日本等成員國分發複製品。
到了1990年左右，人們發現國際公斤原器或因表面污漬導致質量微變。於是改用普適物理常數定義，以光所具有的能量最小單位「普朗克常數」為基準，經產綜研等機構精密測量，新定義於2019年正式被採用。公斤原器雖退出定義，但現在仍被作為日本國內最高精度的砝碼使用。
雙層玻璃容器中存放的是公斤原器（左）。米原器的一端（右）。中央凹槽可有微細刻度
也曾有破壞測量、人員被捕的苦難歷史
另一方面，1米最初於1795年被定義為「北極到赤道經線弧長的千萬分之一」，1889年公約締結後被修訂為「0℃時國際米原器兩條刻度線間的距離」，日本米原器就是發放的複製品之一。之後也與質量單位一樣，出於去人工化理念，1960年改為光波長（特定條件下氪86波長的1,650,763.73倍），1983年又改為「光在真空中2億9979萬2458分之一秒的行進距離」，並沿用至今。
堀泰明介紹說，在18世紀末，為了定義米製而進行的測量「困難之極」。
定義「米」的歷史中一個非常有趣的部分是它在1795年的定義。當時法國國內要求建立一個「可在任何地方使用的單位系統」的呼聲日益高漲，並決定使用經線作為標準。實際上，這個距離並不是北極和赤道之間的距離，而是緯度相差10度的兩點之間的距離，測量後再乘以9。而這兩點之間的距離約有1100公里。產綜研計量標準綜合中心組長堀泰明介紹說：「當時處於法國大革命（1789-1999 年）期間，測量工作極為困難，還因政治原因受到幹擾甚至有人被逮捕，耗時六年才完成。」
為何當時的人願耗時費力進行大規模測量？為何不採用米原器這樣的小型標準？面對這個提問，堀答道：「這是一項極具挑戰性的事情。當時的想法是以地球等自然物而非人造物為基準，且法國的測量技術非常發達，加之法國大革命帶來的昂揚鬥志，終使項目成功。」這堪稱科學史上戲劇性的一幕。
計量標準普及是「科技重大成果」
1875年5月20日，17個國家在巴黎簽署了《米製公約》，目的是建立計量基礎，促進單位製的普及。後成立了國際計量大會、國際計量局以及國際計量委員會，負責在全球推廣國際單位制。日本在十年後的1885年加入該公約，並於1959年全面實施公製，但土地和建築物的標記除外。包括準成員國在內，《米製公約》現有101個成員國。
在公約成立的1875年，日本也在國內頒佈了《度量衡管理條例》，以統一各地區不同的長度、體積和質量標準，並定義了長度單位「尺」和質量單位「匁」。這便是日本現行《計量法》的前身。巧合的是，這一年成為日本與全球共同邁向測量標準化的起點。
臼田表示，計量標準普及是科學技術的一個重大成果
至1971年，國際計量大會確立了以秒、米、公斤、安培、克耳文、摩爾、燭光等七個基本單位為基礎的國際單位制（SI）。1999年，將5月20日定為世界計量日。今年將在巴黎舉行公約簽署150週年的紀念儀式。
產綜研計量標準綜合研究中心主任、國際計量委員會幹事臼田孝表示：「計量標準是超越時代、文化與國家的共同語言。人們基於‘絕對準確’的信任接受它，這正是科學技術的一大成果。米製公約堪稱最成功的國際公約之一。」
我們每天的生活中充滿單位與計量：上班上學時會在意「步行到車站需要幾分鐘」；看到售賣的點心分量減少時會對這種「隱形漲價」感到失望；對汽油和大米的價格飛漲時會不自覺地發出嘆息……值此《米製公約》制定150週年之際，通過我們身邊的計量重新審視生活與社會，也別有一番意義。
原文：草下健夫 JST Science Portal 編輯部
翻譯：JST客觀日本編輯部
【相關超連結】
產業技術綜合研究所 「紀念《米製公約》簽署與《度量衡管理條例》頒佈 150 週年專題網站」
