国际单位制的长度单位“米”起源于法国。1790年5月由法国科学家组成的特别委员会建议,以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位,名称为米。该建议于1791年获法国国会批准。这个定义首次以稳定的自然基准为依据设立长度单位,摆脱了以人的足长、步长为长度单位的做法。为了复现这个单位长度,1792~1799年,巴黎科学院完成了从法国敦刻尔克经巴黎到西班牙巴塞罗那的子午线弧段长度实测工作,并根据测量结果,制成一根两端之间的距离为1米的铂杆(platinum metre bar)作为米的实物标准器,交法国档案局保管,该杆又称“档案米”。
由于档案米准确度低,容易磨损,1872年以铂铱合金制造的米原器代替档案米,用于复现单位长度米,截面如图所示。这种合金具有良好的稳定性、较高的硬度、弹性和异常高的抗氧化性能。米原器的横截面呈X形,具有材料最少而刚度最大,且与周围空气的接触面积较大的特点,以保证其使用时变形最小,温度可以迅速达到平衡状态。米原器X形截面凹槽中的一个表面是尺子中性面,即当米原器由于重力产生弯曲时,中性面上的长度不变。在该中性面上刻了两条宽度为6~8微米的刻线,刻线的间距等于档案米的长度。为了避免环境温度和支撑方式对长度的影响,规定米原器应支撑在白塞尔点上,使用时的温度为0℃。
米制公约签字国承认了法国提出的这个米的定义。但在随后的测量中,科学家发现测得的地球子午线四千万分之一长度比米原器长度短了0.22883毫米。1889年,米制公约签字国放弃了米的地球子午线定义,直接定义米为米原器上刻线之间的距离。
但是,使用米原器作为米的客观标准也存在很多缺点,如测量精度不高,传递不方便,且无法判定米原器本身的长度变化。另外,万一米原器损坏,复制将无所依据,复制品很难保证与原始米原器完全一致。
20世纪50年代,随着同位素光谱光源的发展,发现氪-86同位素谱线宽度很窄,加上光干涉测长技术的成功应用,人们终于找到了光波波长这种自然基准,可以用于长度单位的定义。1960年,第十一届国际计量大会对米的定义做了如下更改:米的长度等于氪-86原子的2P10和5d5能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍。中国于1963年也建立了氪-86同位素长度基准。
近代物理学认为,真空中的光速不变。随着科学技术的进步,70年代以来,基于当时的秒定义和米定义准确测量了真空中的光速,为299,792,458米/秒。因此,1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会上修改了米的定义,为“米是光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所行进的路程长度”。
根据国际计量委员会(CIPM)的建议,米的复现可由下列方法之一实现:①真空中平面电磁波所经过的长度,可以通过测量该电磁波经过该长度的时间,按时间与光速之积获得;②通过频率的测量,按光速除以频率得到电磁波的波长;③在规定的技术条件、方法下,推荐一些光辐射的波长值及其不确定度。
2018年11月,第二十六届国际计量大会把SI基本单位以常数为基础重新定义,并将这些常数命名为定义常数。大会决议中通过的新的米定义与1983年的米定义是等效的,但在表述上基于真空中光速c,体现出以常数为基础的理念。