宋宁世，清华大学化工系本科，美国亚利桑那大学环境工程专业博士。
   信息收集爱好者，涉猎广泛，对科学与人文领域皆有浓厚兴趣。2014年开始在知乎平台上发表涉及各个知识性领域的科普文章。在多年写作经历中，对“单位与计量”这一话题产生了特别的兴趣，并结合专业知识做了大量的业余研究。某日偶然萌生了将收集到的所有与“单位”相关的信息资料编撰成书的“奇想”，不想竟真的写成了此书。

第1章  萌芽中的计量
   1.1  单位的起源
   ·英语里为什么会有可数名词和不可数名词?汉语里有相应的概念吗？
   ·如果你是古代社会的人，你会怎样表达“小”的概念?
   在正式开始整个故事之前，我们得先做一些准备工作，那就是——请忘记你已经掌握的所有关于单位的知识！根据我多年的观察，网络上的各种相关讨论里，绝大多数有关单位的认识误区，是因为我们先人为主的观念而形成的，毕竟我们对它们实在太熟悉了。
   为了理解单位与计量是如何产生的，我们得先穿越回最原始的时代，暂时借用史前人类的大脑来思考那时的世界。要穿越到什么时候呢？我们就设定在人类已经开始大规模地社会性群居、打造石质工具并已经可以使用语言进行沟通的时代吧。那时的人类仍以狩猎和采集为生，尚未发展出成熟的农业。
   可以想象，那时的人类在漫长的狩猎、采集生活中，逐渐形成了“数”的概念，更重要的是学会了用创造的符号来表达“数”，这一过程便是“计数”。考古学家能确定的人类最早的计数实践，是在南非莱邦博山脉上发现的“莱邦博骨”（Lebombo bone）（见图1-1），它的年代在距今44000年前左右。这块骨头上刻有29个清晰的缺口，很明显具有某种目的的计数功能。
   “计数”的产生需要有两个重要条件。第一个是人类学会了区分“单个”和“多个”。正如对原始社会的猎人而言，落单的动物是狩猎的较好选择，但面对成群的猛兽显然躲得越远越好。科学家也发现，在现存的一些原始语言，比如在亚马孙热带雨林中发现的皮拉罕（Piraha）语中，可能存在“单数”“双数”“复数”的概念，却没有“二”以上数字的表达方式。这说明人们对“数”的认识，应该是从区分“一”和“多”开始的。
   第二个重要条件是，人类学会了对事物归类。人们逐渐认识到，“人”属于一类，“羊”属于另一类；在认识“多少”的概念时，人们会自觉地把“人”和“羊”视为两类事物，满足“人”属性的才归入“人”的数目中，不会先数3个人，紧接着又数5只羊，最后得到数字8。尽管人和羊各自都存在性别、年龄、长相的差异，但只要先定义好“人”和“羊”这两个类别，划定出“人”和“羊”各自的属性，我们就可以对人和羊分别计数了。这里合并细小差异、突出总体特征的“归类”，其实就是一种原始的“单位”思想。
   在现代汉语里，这个单位其实已经有了名称，那就是量词“个”。但在远古时代，无论是在汉语还是其他原始语言中，量词都还没有产生，人们只是先想象出了数字的语言，再把数字和被计数的名词放到一起，还可能产生出“名词复数”这一类的语法变化。
   对原始人类来说，激发他们计数的灵感的，毫无疑问，就是每个人身上天然的参照——双手的10根手指。原始人看见3只羊，再伸出3根手指——这就完成了“羊”与“手指”两个事物的归类和对应，这里的“手指”，也就成了一种原始的单位记号。不过，人类更大的创举应该是：当双手手指全部用完时，某些原始人灵机一动——为何不把每次数遍双手指头的过程记录成一个特殊的记号呢？每数完一次双手手指，我们便把这一过程记成“十”；接着继续重复同样的动作，数完第二个循环，就再写一个“十”的记号；最后，只要把记下来的“十”再用手指数一遍，我们就掌握了表达更大数量的方法——“十”“二十”“三十”……从单根手指，到由双手得到的“十”，再到把“十个十”转换成“百”，把“十个百”转换成“千”……计数的拓展，其实就是不断地创造新单位的过程，原始人的单位观念由此得到了进一步提升。
   学会了计数，我们也就算是拿到了原始社会的通行证。但是，仅凭简单的计数，我们就能迈进文明社会吗？
   我们首先会发现，有一些东西我们可以很直观地感受出它们的“多少”，但是它们不能“数”。比如说水，汪洋大海里的水当然比涓涓细流里的多，倾盆大雨落下的水也当然比毛毛雨多，但我们不能数水——你也许会说，用个容器盛水不就可以数了吗？但是，当我们说“几桶水”的时候，我们数的其实是“桶”，水在这里并不是计数的对象。
   这就是本章前面所说的“可数名词”和“不可数名词”的问题了。我们学英语的时候，老师肯定强调过：apple、book是“可数”的，而water、paper、wood、information这些名词“不可数”。你多半也会疑惑：为什么“纸”在英语里不可数？我们不都是一张一张地用纸的吗？
   这里的奥秘，其实就是前文所说的归类。我们数苹果时，定义的是一个完整的苹果个体，进而才能将某种植物果实归类为苹果。但对于水，我们知道水是什么，却不能定义出一个“个体水”。更重要的是，水是可以任意“分割”的，比如一桶水可以倒进几个盆里，每个盆里的水又可以倒进几个杯子里，杯子中的水倒干了还能看到一颗颗水珠——我们可以随意地将水分成若干份，而且分出的每一份都依然是水。相反，可数名词很难进行“分割”，我们不会数出“2.7只羊”或“3.5本书”。

第一部分  从原始社会到科学革命
 第1章  萌芽中的计量
   1.1  单位的起源
   1.2  进入文明社会
 第2章  形形色色的古代单位
   2.1  中国古代的单位
   专栏  其他东亚国家的古代单位：日本尺贯法
   2.2  其他古文明的单位
 第3章  权力与规范
   3.1  精确度的难题
   专栏  准确度、精密度、精确度
   3.2  从方升到黄钟：度量的统一
   专栏  时间的统一与历法
 第4章  叩开科学大门
   4.1  科学的钥匙
   4.2  门槛上的“习惯单位”
第二部分  从秒摆到国际单位制
 第5章  科学单位制的历史
   5.1  秒摆革命
   5.2  科学单位制
   5.3  从公制到国际单位制
   专栏  人名单位探奇
 第6章  科学单位制的运转
   6.1  量与量纲
   专栏  相对量与绝对量
   6.2  数与数量级
   6.3  国际单位制全貌：基本单位和导出单位
   专栏  坎德拉、勒克斯、贝克勒尔、西弗……你可能不那么熟悉的SI单位
 第7章  科学单位制的扩展
   7.1  量纲分析与对数单位
   专栏  天文学中的对数单位：星等
   7.2  自然单位制
第三部分  从大革命到今天
 第8章  改革之路（一）：公制化的历史
   8.1  变革的时代166
   8.2  前进与妥协176
   专栏  单位转换错误所导致的事件
   8.3  世界的公制化改革
 第9章  改革之路（二）：英制的兴衰
   9.1  从《大宪章》到“帝国单位制”
   9.2  美国的公制史
   专栏  美国人的奇怪习惯
第四部分  新时代
 第10章  单位定义进化史
   专栏  精确度的表示方式
结语  宇宙的浪漫
附录
 1  与国际单位制相关的常用物理常数总结
 2  常用的“数”与“量”表达方式总结
 3  常见非国际单位制单位总结

为什么英制单位的换算这么奇怪？为什么中国古人的身高在不同朝代似乎不一样？中国古代为什么有两种“亿”？为什么质量的基本单位是“千克”而不是“克”？为什么圆周率的平方和重力加速度的值这么接近？为什么没有一个叫“爱因斯坦”的单位？为什么美国不用公制单位？为什么中国的市制单位和公制单位这么容易换算？为什么要对国际单位制进行重新定义？
   本书将从历史、科学、趣味知识与工具书等多个方面，对“计量单位”这一看似无比熟悉、实际上却蕴含着无数奥秘的话题，做一个全面的介绍。书中会讲述计量单位的“前世今生”，剖析与每个人的生活息息相关的米、千克、秒背后的故事，也会把上面这些问题的答案一一道来。
   通过本书，你不仅能了解人类从度量自己的身体到度量整个宇宙的计量单位进化史，也能了解许多课堂上学不到的科学“冷知识”，你会对这些从小到大使用了无数次的单位产生全新的认识。书中还提供了丰富的图表和详尽的附录，让你在阅读之余，还能在需要时查询与各式各样的单位有关的信息和资料。

我们为什么谈论“单位”
   2018年11月16日，在法
国巴黎的第26届国际计量大
会上，与会代表通过投票，
一致通过了国际单位制的重
新定义方案。2019年5月20
日起，新的定义方案正式生
效。而保存在巴黎国际计量
局的国际千克原器（俗称“
大K”），在这一天正式完成
了其历史使命。
   这个新闻在当时的科学
界引起了非常大的反响，但
它对平民大众的生活会有什
么影响呢？除了我们的中学
、大学课本得修改，很难说
它会对我们的日常生活产生
什么直接的影响。毕竟谁在
厨房里做菜时，会思考“一
摩尔”的食盐应该怎样定义
呢？
   其实我们不妨换一个角
度来看这个问题。“单位”对
于我们每个人来说，已经是
习以为常的东西，我们从小
到大都在理所当然地使用它
，我们甚至能根据生活经验
判断出一个“一米八”的人究
竟是多高，“一公里”的路程
大概有多远，“三十摄氏度”
的天气会有多热，等等。我
们从来不需要去思考“米”“
公里”“摄氏度”是怎么来的
，我们只是按从小到大的习
惯不停地使用它们而已。我
们会在物理课上见到“小球
质量500克”，也会在超市里
看到“每500克××元”的标价
，我们只是在自然而然地使
用“克”而已。
   不过，在上大学的时候
，我第一次碰到了不那么“
自然”的单位，这种“不自然
”甚至到了使我怀疑人生的
程度。为什么呢？当时在学
习一门工科专业课，我们用
到了一本美国原版的教材，
打开那本书时，映入眼帘的
却是一个个怪异的符号——
你肯定猜到了，那本书使用
了一大堆ft、lb、°F、gallon
等英制单位，于是我们得不
停地从课本附录里查换算表
，在计算器里敲入一个个莫
名其妙的数字，还要不停提
防中间哪一步换算错了。
   我记得那个时候印象最
深的，是课本上的“lbmol”
这个单位，当时大概用了半
个学期才弄懂这“磅摩尔”到
底是什么东西——它表示如
果CO2的相对分子质量是44
，一个“磅摩尔”CO2的质量
就是44磅，但这时阿伏伽德
罗常数就不是6.02×1023了
。
   后来我才了解到，当今
的美国主要使用的并不是我
们过去学过的那些单位，过
去在电子辞典中无意问翻到
的“单位换算”功能里冒出的
那一大堆闻所未闻的东西，
就是美国人现在主要使用的
单位。但为什么美国的这些
单位如此怪异？我还记得那
时我看到的有人对美国单位
制的吐槽——
   为什么1 mile=5280 foot
？大概是因为制定这个单位
的人被一头骡子（mule）
踢了5280脚，结果还被踢
糊涂了，把骡子记成
了“mile”。
   后来我到美国读研究生
，却发现这里的实际情况与
我所想的并不一样。我曾以
为在美国上课、写作业需要
不停地换算单位，兴许还要
背摄氏度与华氏度换算规则
、英制重力加速度或气体常
数之类的公式或数字，可实
际上，我一点也没被这些奇
怪的换算困扰——因为用到
的大多是公制，即便偶尔有
英制，换算也就是一两步。
   但居住在美国，你身边
确实还满是你不知道的“英
尺”“磅”“加仑”等单位。你
可能不知道一英里有多远，
但只要你在开车，你脑子里
可能就只剩下“英里”了。
   置身于这么一个“魔幻”
的单位世界中，我开始有意
收集和单位有关的资料，同
时一直在有意观察：如今美
国的媒体、教育、政府、出
版、零售、科研等各个领域
，究竟在使用什么单位？
   而且，为什么1英里就是
5280英尺？为什么磅与千
克的换算会精确到小数点后
如此多位？为什么华氏度水
的冰点和沸点会是32℉和
212℉？这些看似奇怪的数
字既然会被人使用，就一定
有它们的来历。
   更进一步，为什么一米
就是这么长？为什么一千克
和一升水的质量这么接近？
为什么国际单位制中的基本
质量单位是“千克”而不是“
克”？为什么电流单位安培
是基本单位？为什么以粒子
个数定义的单位摩尔是基本
单位？为什么我们日常所说
的1斤正好是500克？即便
对于从小用到大的公制，我
们也未必了解它们的来龙去
脉。
   如果我们以科学的眼光
审视单位，待发现的世界要
更广阔：为什么国际单位制
以时间单位“秒”作为全部定
义的起点？为什么可以用普
朗克常数定义千克？国际单
位制里提到的铯原子钟以及
定义千克用到的基布尔秤是
什么仪器？你可能还会想到
：如果单位是由自然常数定
义的，那能不能把这些常数
设成“1”——这不就可省去
单位了？
   这就是单位这个话题的
魅力，它的起点看似微不足
道，背后的故事却广博深远
。它看似来自“高冷”的科学
，背后却蕴含着历史、社会
、经济等与人们生活息息相
关的方方面面。
   更有意思的是，从运用
全人类最顶尖的仪器和智慧
做出的高精尖测量，到菜市
场里针对一斤一两的讨价还
价，单位是一个渗透人类社
会每一个领域、每一个阶层
的概念；无论是诺贝尔奖得
主，还是菜市场里的大爷，
所有人使用单位时，用的都
是同一种语言、同一套标准
。
   著名相声演员马季曾表
演过一段相声，设想人类社
会如果没有了单位会发生什
么

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