春秋時(shí)期，管仲就是對(duì)“距離”估算出現(xiàn)了一點(diǎn)誤差，導(dǎo)致沒(méi)射死公子小白，成就了后來(lái)的齊桓公；玩吃雞游戲時(shí)，遠(yuǎn)程射擊需要對(duì)“距離”進(jìn)行一定的目測(cè)和估算，這樣才能提高命中率；即便是超級(jí)英雄，兩只眼的索爾也是因?yàn)閷?duì)“距離”沒(méi)估算好，沒(méi)砸中滅霸的腦袋，以至于后者一個(gè)響指，咔嚓，復(fù)聯(lián)三就結(jié)束了~~~~

從常用的直尺、卷尺，到量子力學(xué)使用的激光光柵，再到天文學(xué)中光年的換算，對(duì)距離的測(cè)量覆蓋了我們生活的各個(gè)方面。今天咱們就從微觀到宏觀來(lái)說(shuō)說(shuō)距離測(cè)量中的知識(shí)點(diǎn)，這里主要以納米、米到光年三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行描述。

一、納米：沒(méi)有最小，只有更小

把1米等分為十的九次方份，一份就是1納米。而且涉及到微觀界的單位，人們對(duì)納米接觸的最多，因?yàn)樵蹅冇玫降?a target="_blank">手機(jī)中CPU都是宣傳多少納米工藝。那么，納米是怎么測(cè)量的呢？我們先看看下面的發(fā)展歷程：

1982年，賓寧和羅爾發(fā)明了掃描隧道顯微鏡（STM）并于1986年獲得物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)；

1986年賓寧發(fā)明了原子力顯微鏡，達(dá)到橫向精度3nm和垂直方向0．1nm的分辨率；

英國(guó)國(guó)家物理研究所對(duì)各種納米測(cè)量?jī)x器與被測(cè)對(duì)象之間的幾何與物理間的相互作用進(jìn)行了詳盡的研究，其研制的微形貌納米測(cè)量?jī)x器測(cè)量范圍是0．01nm～3nm和0．3nm～100nm。

德國(guó)科學(xué)家德赫李赫等研制了電容式位移控制微懸臂原子力顯微鏡，并進(jìn)行了一系列稱(chēng)為1nm級(jí)尺寸精度的計(jì)劃項(xiàng)目，已完成亞納米級(jí)的一維位移和微形貌的測(cè)量。

在納米級(jí)的測(cè)量中，我們看的是“沒(méi)有最小，只有更小”。拋開(kāi)一堆我們平時(shí)接觸不到的高精尖設(shè)備，有一種儀器在日常應(yīng)用中比較廣泛，那就是激光干涉儀。沒(méi)有，就是激光。在這里希望大家去回顧一下波的反射和干涉，激光在米級(jí)和納米級(jí)的不同應(yīng)用就是使用了這兩種特性。

激光干涉儀

二、米：其實(shí)它是法制單位，而不是英制

一米的長(zhǎng)度現(xiàn)在定義為“光在真空中行進(jìn)1/299792458秒的距離”，那么這個(gè)299792458是怎么確定的，為什么不是1/300000000，也不是1/299000000，卻偏偏是那么奇怪的數(shù)值？

國(guó)際單位制的長(zhǎng)度單位“米”其實(shí)是法制單位。1790年5月由法國(guó)科學(xué)家組成的特別委員會(huì)，建議以通過(guò)巴黎的地球子午線全長(zhǎng)的四千萬(wàn)分之一作為長(zhǎng)度單位，選取古希臘文中“metron”一詞作為這個(gè)單位的名稱(chēng)，后來(lái)演變?yōu)椤癿eter”，中文譯成“米突”或“米”。

為了制造出表征米的量值的基準(zhǔn)器，在法國(guó)天文學(xué)家捷梁布爾和密伸的領(lǐng)導(dǎo)下，于1792～1799年，對(duì)法國(guó)敦克爾克至西班牙的巴塞羅那進(jìn)行了測(cè)量。1799年根據(jù)測(cè)量結(jié)果制成一根3.5毫米×25毫米短形截面的鉑質(zhì)原器：鉑桿，以此桿兩端之間的距離定為1米，并交法國(guó)檔案局保管，所以也稱(chēng)為“檔案米”。這就是最早的米定義，而這支米原器一直保存在巴黎檔案局里。

簡(jiǎn)而言之，1/299792458，是用來(lái)湊“米”的長(zhǎng)度的。米原器作為第一個(gè)全球普遍公認(rèn)的關(guān)于長(zhǎng)度的儀器，也有它的缺陷，比如說(shuō)自身的損壞等等。為了避免這一情況發(fā)生，科學(xué)家又使用了諸如其他類(lèi)型的、更加穩(wěn)定的參考物，但是萬(wàn)變不離其宗，他們的本質(zhì)就是給出了“米”這一標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。

這就是“米”

三、光年：其實(shí)它都不是測(cè)出來(lái)的

光年是一種距離，也是一種無(wú)法“測(cè)量”或“計(jì)算”的距離；在一定意義上說(shuō)，光年只是為了科普而進(jìn)行的換算，天文學(xué)上是使用秒差距來(lái)進(jìn)行天體的距離估算的，然后再把結(jié)果轉(zhuǎn)換成光年來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。關(guān)于光年的“計(jì)算”方法，大概有一下幾種：

（1）近距離的用視差測(cè)量法。秒差距是一種最古老的，同時(shí)也是最標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量恒星距離的方法。它是建立在三角視差的基礎(chǔ)上的。從地球公轉(zhuǎn)軌道的平均半徑（一個(gè)天文單位，AU）為底邊所對(duì)應(yīng)的三角形內(nèi)角稱(chēng)為視差。當(dāng)這個(gè)角的大小為1秒時(shí)，這個(gè)三角形（由于1秒的角的所對(duì)應(yīng)的兩條邊的長(zhǎng)度差異完全可以忽略，因此，這個(gè)三角形可以想象成銳角三角形，也可以想象成等腰三角形）的一條邊的長(zhǎng)度（地球到這個(gè)恒星的距離）就稱(chēng)為1秒差距。

秒差距示意圖

（2）再遠(yuǎn)的靠造父變星。一個(gè)光源的距離變成兩倍，亮度就降到四分之一。因此只要知道恒星的實(shí)際亮度，再與視亮度對(duì)比，就能得出距離。問(wèn)題是怎么能知道實(shí)際亮度呢？

造父變星是一大類(lèi)亮度會(huì)周期性變化的恒星。觀測(cè)大量造父變星發(fā)現(xiàn)，它們的真實(shí)亮度和亮度變化周期有確定的關(guān)系，測(cè)出它們的光變周期就能得到真實(shí)亮度，進(jìn)一步測(cè)出距離。用造父變星可以測(cè)出幾百萬(wàn)到上億光年以外星系的距離。

（3）更遠(yuǎn)的靠Ia超新星。白矮星的質(zhì)量有理論上限，大約1.44倍太陽(yáng)質(zhì)量。如果一個(gè)白矮星有個(gè)距離足夠近的伴星，它就會(huì)從伴星上吸取物質(zhì)，質(zhì)量逐漸增加。達(dá)到質(zhì)量上限時(shí)就會(huì)爆炸，成為Ia型超新星。因此大部分Ia超新星爆發(fā)時(shí)的質(zhì)量都相近，它們的亮度和光變曲線也有確定的關(guān)系?？縄a型新星可以測(cè)出幾十億光年以外星系的距離。