铜卡尺

常铖

中国国家博物馆有一件非常奇特的展品——“铜卡尺”，虽然距今已有2000多年的历史，但是它的构造与今日我们使用的卡尺几乎无异。到底是谁有如此奇思妙想，能够在2000年前做出如此的设计呢？他就是“穿越皇帝”——王莽。

虽然这位“穿越皇帝”很短命，只在位16年，但王莽还是有很多让人刮目相看的创新之举。王莽颁布的很多政策在当时都是非常超前的，如他将土地国有化，平均分配;废除奴婢制度;政府参与计划经济，实施专卖;建立贷款体系;改革货币等。

王莽时期科学技术迅速发展，离不开他对科技的重视。例如，王莽曾展开全国范围的人口与土地资源普查，还开展了大规模的人工捕蝗行动来控制蝗灾，采用集中隔离的方式来控制传染病暴发，与太医一起解剖尸体研究人体内脏，还召集数百人召开水患治理“学术研讨会”，等等。王莽在度量衡方面的改革和创新，以及同时期出现的“新莽量器”和“铜卡尺”等计量仪器在科技史上都留下了光辉的篇章。

计量是国家统一运转的基础。王莽时期度量衡的研究成果标志着我国传统度量理论的形成，对后世有着深远的影响。王莽命国师刘歆主持统一音律和度量衡的工作，刘歆带领百余名专家学者将秦汉时期的度量理论进行系统整理。刘歆的研究成果记载于《汉书·律历志》，这本经典著作规定了度量衡的单位、进制规则、标准量器的制作与管理等内容，是我国古代度量衡最完整、最权威的著作。

“新莽量器”的发明是我国度量器具的一项重要成果。它由刘歆设计制作，整个形状为圆柱体，在器物两侧有铜耳，器物上有81个铭文，器物上还标注了各种尺寸和容量。新莽量器通过创新的设计将度、量、衡三个计量单位完美地结合，圆柱形的器物可以测量液体体积，并分为龠、合、升、斗、斛五个容量单位。容器深度为一尺，总重量为二钧。这件器物可以同时测量三种单位，使用者通过三种数据能够更加全面地把握被测物体的状态。新莽量器发明后，历代数学家和律历学者无不使用它来考证秦汉时期的度量单位。

最后我们回到文章开头提到的“铜卡尺”。因为它太像我们现在使用的游标卡尺，“铜卡尺”被推崇为科技史上的“网红仪器”，王莽也被人们调侃为“穿越皇帝”。铜卡尺长14.22厘米，由固定尺和活动尺两部分组成，两尺各刻有五寸（1寸≈3.33厘米），固定尺上每寸又刻有十分（1分≈3.33厘米），使用时用两个尺爪卡住被测物体进行测量。虽然王莽卡尺的结构和现代游标卡尺非常相近，但是其原理与游标卡尺并不相同，它只能算是一种刻线卡尺。现代游标卡尺的固定尺上1厘米为一大格，每一大格又分为10小格，每格1毫米;活动尺上全长0.9厘米，也分为10格，每格长0.9毫米。当主尺和副尺的O线对齐时，主、副尺第一线相差0.1毫米，第二线则相差0.2毫米，依此类推，第九线则相差0.9毫米。

王莽卡尺出现后1000年，在英国工业革命时期才出现类似的刻线卡尺，虽然精度不如游标卡尺，但是这种早期的卡尺大大提高了测量效率，拓宽了尺子测量物体的范围，为游标卡尺的发明奠定了基础。

现代的游标卡尺最早由法国人约尼尔·比尔发明，“游标”这一词就是以他的名字Vernier命名的。游标卡尺的出现极大地提高了测量的精度与测量效率，这种先进而简单的仪器迅速在全世界普及，到1856年，欧美大部分国家以及亚洲的日本都用上了游标卡尺。

随着人们对机械加工精度的要求不断提升，为消除人眼在度尺时产生的误差，1973年，瑞士率先发明了带表卡尺，它采用齿轮原理，能直接将小数点后的精确数值显示在指示表上，以此减少视距误差，读書精度能够达到0.02毫米。随着第三次工业革命席卷全球，电子器件很快与卡尺结合形成新一代的数显卡尺，1980年第一架数显卡尺在日本生产，到20世纪90年代，数显卡尺在发达国家已经普及。