称量,来自于劳动人们在生产中的应用需求,而不是数学的书本需求。
而最早的“称量”一定是利用的双手。
也就是用手提或托举的方式,来估算重量。
在没有单位的时候,最简单的估算方式是——两只手各拿一个东西,计算是不是一样重。
比如左手提着一袋豆子,右手提着一袋米,感觉下是不是差不多沉。
再之后,就有了民间的一些约定“标准等重物”,比如一块石头,一个秤砣。
最早的称重器材,就是类似于人类双手的这种对比,也就是雏形的“天平”。
在一个等臂硬竿的两端,放上一定的物品,看是否平衡来判断重量。
应运而生负责规范重量的,就是“砝码”。
在秦始皇统一度量衡的时候,重量的单位是用叫做“权”的砝码规范的。
“权”这个东西铜质的,后来有铅制的,都是为了约定重量。
至于什么“秤杆”之类的不平衡杠杆,要更晚才发明。
一开始的称重,是用最简单的天平或者滑轮的等重平衡对比。
我们设想下:如果你流落到了一个荒无人烟的小岛上,需要将一大块打猎到的熏肉分开储存,来保证至少两周的食物每天尽可能都是均等的。
你只有一根绳子、木棍和两个布袋子,你要怎么办?
聪明的朋友可能有答案了。
1.用绳子、树枝做一个简单的定滑轮组天平。
2.然后用布袋一头装上肉,另一头装上沙子,直到两边平衡。
3.利用你的天平,继续平分沙子,得到1/2的沙子,然后是1/4,1/8,1/16。
这个时候,你可以按照1/16来称量熏肉,分出来16等份。
当然,如果必须是14天等份的量,你也可以把多余的两份再各分8份,得到16小等份,将其中14分放入前面的14大份中。
不断这样去继续细分,逼近极限平均重量,直到你的天平无法精准称量。
这个过程中,您发现了么?
在没有精密仪器和标准称量物的前提下,想要将一堆东西尽可能地细分重量,最好用的不是“十进制”,而是“二进制”。
而我们人类的大脑的自然计算能力,一般是8~16为理想进位。
因为我们手指头有10个,没有受过系统教育的前提下,这个数字量集是普通人能心算的比较容易的数量级。
再多,最好就用进位或者算盘等辅助记忆的方式来进行结算了。
实际上也的确如此。
我们看看汉代的“官定重量砝码”。
上面是汉代的一套青铜权:
“五铢、一两、二两、四两、半斤(八两)、一斤(十六两)”。
专门用来称重黄金。
这种砝码的好处是非常容易去“自对比矫正”。
也就是只要“一斤”的权,重量是符合国家要求的,那么找个铁匠把一斤的权切成两个天平等重的权,就是准确的八两。
如此,每个下级单位是可以尽可能准确的。
在定期检查中,还可以天平左边放一个一斤,右边放2个八两/4个二两/8个二两,互相对比。
这让整套的称重系统更容易查验,规范。
而如果是三进制、五进制,则哪怕“一斤”的“权”是规范的,你也不知道半斤的是不是准确。
在缺少机床精加工标准件的年代,国家的基层监管人员也更难进行市场规范。
古代最常需要称重的,就是粮食。
因为涉及税收和战争,经常要征收、储备、分发。
而不同的农作物,颗粒间隙有大有小,依靠体积来确定并不精确,这时候就需要称重。
粮食的特性,和沙子一样,依靠简单的定滑轮、平衡杆系统,无限进行“两等分”很容易,不像分肉、银子那么麻烦。
所以,二进制很可能是劳动人民在日常生产活动中的最优选择。
只要有一个最大的规范重量,就很容易通过重复的两等分,取得更小的单位。
也因此,“二进制”成为了历史上,早期所使用的重量计算方法。
一斤十六两,一两十六钱,也就成为了对应的换算单位。
至于更重的单位,民间很少日常使用,也不需要去频繁的对比称量、检查砝码,可以按照官方的规定,来进行定义。