精密测量——科学探索的“眼睛”，高端制造的“尺子”

①科学家门捷列夫说：“科学是从测量开始的。”“现代热力学之父”开尔文有一条著名结论：“只有测量出来，才能制造出来。”在当代科技和工业领域，高水平的精密测量技术和精密仪器制造能力，是一个国家科学研究和整体工业领先程度的重要指标，更是发展高端制造业的必备条件。

②在精密和超精密工程领域，精密测量是指测量准确度在1微米至0.1微米量级的测量，超精密测量是指测量准确度优于100纳米，如10纳米、1纳米，甚至皮米（千分之一纳米）量级的测量。

③精密测量兴起于工业大生产。规模化大生产是现代工业的重要特征，一个产品由成百上千甚至成千上万个零部件组成，这些零部件需要联合遍布各地的多个优势厂家。比如一部智能手机有1600多个零件和元器件，由分布在世界上10多个国家和地区的150多家工厂提供。面对如此多零件、元器件，其中任何一个的尺寸精度或其他技术指标不合格，就无法集成到一起。

④为解决这类问题，国际标准化组织（ISO）和国际计量局（BIPM）制定了一系列标准与规范。依据这些标准与规范，国际计量局将公认的标准量值传递给每一台测量仪器，生产厂商使用测量仪器，对产品的每一个零件和元器件的所有技术参数进行精密测量。这样才能保证所有的测量仪器都是精确的，测量数据都是精准的，进而成千上万的零件或元器件具有互换性。由此而来，精密测量已成为促进科技发展的新兴学科。

⑤怎样进行精密测量？这就需要实施精密测量的工具——精密仪器。大多数现代科学发现和基础研究突破，都是借助先进的精密测量方法和尖端测量仪器实现的。引力波探测就是一个典型例子。

⑥引力波探测是直接验证爱因斯坦广义相对论、探索宇宙起源和演变的实验，但引力波信号极其微弱，探测难度极大，采用超高分辨率的远距离激光干涉测量方法探测，是目前最有优势的技术途径。如果激光干涉测量仪建立在地球上，其互为垂直的两路激光测量臂长至少要达到4000米。如果按比例放大，这一超高分辨率测量相当于在绕地球1000亿圈的长度上，检测出不超过一根头发丝直径的长度变化。经各国科学家共同努力，2016年人类首次直接测量到高频段引力波，3位相关科学家因此项成果获得诺贝尔物理学奖。

⑦就科学研究而言，这样的探测还远远不够。为测量到低频段引力波，必须将激光干涉测量仪建立在太空环境中。这样，其互为垂直的两路激光测量臂长才能够达到数十万千米到数百万千米，激光干涉测量仪的测量准确度才有望达到1皮米。

⑧引力波的例子很好地证明了，测量技术有多精密，科学探索就能走多远。

⑨装备制造业向中高端跨越的关键是提升制造质量，而提升制造质量的关键则是提高精密测量能力。

⑩超精密光刻机的研制，很好地证明了这个结论。超精密光刻机被称为“超精密尖端装备的珠穆朗玛峰”，挑战着人类超精密制造的精度和性能极限。超精密光刻机的制造精度已接近现有制造能力的极限，其精度提升一点点，通常都要付出几倍十几倍的努力。比如，用于28纳米节点制程的DUV光刻机拥有7万多个光机零件，涉及上游5000多家供应商。这些零部件对精度和稳定性的要求极高，只有发挥供应链上所有顶尖制造商的技术优势，才能全部达到标准，超精密光刻机才能研发成功。

⑪我国正在向世界科技强国、制造强国和质量强国迈进，构建新一代国家测量体系成为关键一环。我国精密测量领域科研工作者将继续勇担重任，以与时俱进的精神、革故鼎新的勇气、坚忍不拔的定力，为中国制造备好“尺子”，为科技强国建设不懈奋斗。

（刊载于2022.3.22，有删减）

别上当，发热内衣不会生热

①凛冬来临,发热内衣横空出世,击中了很多人的"要害",被商家封为"过冬神器"。而在受到追捧的同时,追问和质疑之声也随之而来。发热内衣究竟能不能发热?它的保暖效果真的有商家说的那么神奇?"

②大多数发热内衣商家都声称，他们的发热内衣里有一层“高科技”材料，可以自己发热，保暖效果是传统纯棉保暖内衣的好几倍。

③然而，在北京服装学院副教授张天骄看来，商家宣称的“自己发热”概念完全不符合科学常识。“自发热这个概念是不符合能量守恒定律的，一定需要有能量来源。”

④据了解，发热内衣概念源自日本。2000年左右，日本推出一种特殊纤维材料，它通过吸收人体散发的水分产生热量。这种纤维材料最早为登山队员所用，后来推广到普通消费领域。

⑤其实发热内衣并不是什么“高科技”。因为不管是什么样的材质通过吸湿都可以发热。纤维吸湿发热机理是当纤维吸收水分时，纤维分子中的亲水基团与水分子结合，水分子的动能降低，同时转换为热能释放出来。通常吸湿发热性能与纤维回潮率有很大关系，纤维的回潮率大则吸湿发热性能好，回潮率小则吸湿发热性能差，比如羊毛、莫代尔纤维吸湿发热效果好，而普通腈纶、涤纶的吸湿发热效果较差。

⑥而远红外纤维的发热方式是先吸热再放热。它吸收的能量有两种：一种是环境中的能量，比如阳光中的可见光、红外线、远红外线等;另一种能量是环境的热和人体自身的热。远红外纤维吸收了这些能量之后会将其转换成远红外线再辐射给人体，从而实现给人体供热。“色拉姆”就是一种远红外线放射腈纶，是一种利用先进的纺丝技术把远红外线放射陶瓷颗粒加入到腈纶纤维中得到的材料。

⑦不同于远红外纤维的发热原理，“相变材料比如Outlast材料，当外界环境温度变化的时候，这些材料会发生相变，就像冰融化成水，水凝结成冰一样。当外界环境温度升高，它就像冰融化成水一样会吸热;如果外界环境温度降低，它就会凝固，相当于水再凝结成冰，因此它又会放热。所以这是一种双向调温的材料。但材料发生相变的条件要求比较苛刻，相变范围比较窄，只有在相应的温度范围内，比如说冷到一定程度或者说热到一定程度时，相变材料才能起作用。

⑧虽然发热内衣被商家冠以“过冬神器”的名号，但是消费者穿上后感觉与其他保暖内衣没什么区别，并没有感觉它能自己散发热量，而且还不如普通保暖内衣透气。

⑨发热内衣和普通内衣的差别不会太大，有发热功能的实际上是里边的一些添加物，因为织物本身必须得是一般的纺织品纤维面料，纤维很细，加进去过多的功能材料很容易断，所以加进去的量很少。因为添加的量少，所以效果都不会特别明显。

⑩目前，市场上常见的发热内衣基本是利用人体自身释放的热量，再返还给人体，最终达到保暖效果，其实还不如多穿一件衣服来的暖和。

（摘自网络   略有改动）

故宫沧桑六百年

①红墙肃穆，金水环绕；玉砌雕栏，灵兽瑞翘；九千房屋，百万珍宝；城垣壮观，殿宇辉耀。中华瑰宝——北京故宫，从1420年建成到今年整整600年。

②故宫又称“紫禁城”，这座规模宏伟的皇家宫殿，位于北京中轴线的中心，以外朝三大殿，内廷后三宫为主。占地面积72万平方米，建筑面积约15万平方米，大小宫殿70多座，大小院落90多座，房屋8070间，也有统称9000间。呈长方形城池，南北长961米，东西宽753米，四周围有高12米、长3400米的城墙，城外有宽52米的护城河。整个故宫在建筑布置上，用形体变化、高低起伏的手法，组合成一个整体，在功能上符合封建社会的等级制度，同时还达到左右均衡和形体变化的艺术效果。

③故宫设计者为苏州人蒯祥，严格按照《周礼·考工记》中“前朝后市，左祖右社”的帝都营造原则设计建造。故宫宫殿群沿着一条南北走向中轴线排列，三大殿、后三宫、御花园都在这条中轴线上，南北取直，左右对称。左前面是明清皇帝祭祀祖宗的太庙（今劳动人民文化宫）；右前面是祭祀土神和谷神的社稷坊（今中山公园）；前面是朝臣办事的场所，后面是市场、北倚万岁山，南临金水河。完全与前所述古人“前朝后市，左祖右社，负阴抱阳，冲气为和”的帝都营造原则相符合。

④紫禁城共有四个城门。正门为午门，俗称五凤楼，其建筑为故宫殿群中第一高峰，是皇帝下诏书、命出征的地方。当中的正门平时只有皇帝才可以出入；皇帝大婚时皇后进一次；殿试后中状元、榜眼、探花的三人可以走出一次。文武大臣进出东侧门，宗室王公进出西侧门。东为东华门，西为西华门，这两门遥相对应，门外设有下马石碑，门内金水河南北流淌，北门为神武门，在明朝时叫玄武门。清康熙（玄烨）年间因避讳改称“神武门”。神武门在形制上比午门低一个等级，是宫殿内日常出入的门禁，现为故宫博物院正门。此外，午门有东西两个侧门，东西华门和神武门各有一个侧门，统称九门。通常夜间“九门落锁”实行宵禁，违者杖责，故有“六街鼓声行人绝，九衢茫茫空有月”之形容；但宵禁一般是对百姓而言的，又有“宫城歌舞闹春宵，坊里死寂悄无声”的叹息。

⑤紫禁城的主体建筑分外朝和内廷两部分。外朝在前，以太和殿、中和殿、保和殿为中心，统称三大殿，宫殿雄伟壮丽，庭院明朗开阔，是国家举行大典的地方，同时也象征着封建政权至高无上，内廷在后，以乾清宫、交泰殿、坤宁宫为中心，统称后三宫，是皇帝和皇后居住的正宫。东西两翼为东六宫和西六宫，为后妃所居，内廷建筑深邃、紧凑，东西六宫自成一体，各有宫门宫墙，相对排列，井然有序。

⑥外朝最重要的建筑为太和门与太和殿。太和门是外朝宫殿的正门，也是最大的宫门，是明清皇帝“御门听政”之处。太和殿是规模最大殿宇，也就是人们常说的“金銮殿”。明清两朝有24位皇帝在此举行盛大典礼，如皇帝登基、皇帝大婚、册立皇后、命将出征以及每年万寿、元旦、冬至三大节接受文武百官的朝贺等。

⑦内廷建筑则以乾清宫为最，是皇帝的主要寝宫和政治活动场所，明代共有14位皇帝在此居住。由于宫殿高大，空间过敞，皇帝更要以防不测，遂将宫内分隔数室，并建有暖阁9间，分上下两层，置床27张，室多床多，皇帝每晚就寝何处很少有人知道。清顺治、康熙也在此居住，特别是清朝密建皇储的建储匣就存放在乾清宫“正大光明”匾后、坤宁宫为明清（清雍正前）的皇后寝宫，康熙、同治、光绪三帝均在此举行大婚。

⑧从1420年到1924年，故宫见证了明清宫廷五百多年来帝后活动、等级制度、权力斗争、宗教祭祀以及兴衰更替的历史沧桑。