【E.N.】再見,千克原器;歡迎你,新普朗克常數!

2021-02-15 EasyNight

北京時間昨天晚上9點過,第26屆國際計量大會(CGPM)投票一致通過了1號決議,批准了國際單位制基本單位定義的修改,新普朗克常數、玻爾茲曼常數、阿伏伽德羅常數、元電荷值成為單位標準。人類從此宣告與實物單位完全告別,進入了自然單位時代,見證歷史的時刻!

(圖片來源:BIPM Media)

在這次決議中,千克的舊定義和新定義分別是:

舊定義:1千克等於國際千克原器的質量。

新定義:千克,符號為kg,為國際單位制的質量單位,由普朗克常數的固定值 h = 6.626 070 15 × 10^(–34) kg·m²/s 來確定。

除了質量單位千克以外,還有溫度單位開爾文、物質的量單位摩爾、電流單位安培的定義被同時改寫。至此,所有的基本物理量單位都由自然規律定義,不再依靠任何實際物質。

再見,千克原器;歡迎你,新普朗克常數!


前情介紹:

今天,有一場舉世矚目的會議,即將在法國凡爾賽召開,它就是第26屆國際計量大會(CGPM)。別看這會議名字不起眼,但它卻可能成為人類科學史上一座重要的裡程碑:人類從此告別最後一個實物單位——「千克原器」,迎來完整的自然單位時代!

從古至今,人類科技水平的發展都一直伴隨度量衡的進步。「米」「千克」「秒」這些司空見慣的單位大小,也在不斷地改進它們的定義和準確值。在古代,人們曾經用身體的一部分來規定長度;後來,用半個地球子午線的千萬分之一定義了「米」,再後來又製作了一把尺子——「米原器」作為米的標準;到現在,改為用「光在真空中行進1/299 792 458秒的距離」來準確定義米的長度,標誌著人類測量長度單位的一次次飛躍。

我們熟知的七個基本物理量裡,米、秒、安培、開爾文、摩爾、坎德拉……都有了從自然界物理規律來的定義,它們早已不再依靠某個特定的實物標準。

然而,唯獨「千克」例外。一直到今天,「1千克」的定義仍然是「等於國際千克原器的質量」。所謂「千克原器」,就是上面菌菌畫的圖上,天平左邊的那個圓柱體——它是一個鉑銥合金做的圓柱體,製作於一百多年前,並且人們規定它的質量就是「1千克」。這個舉世獨一無二的千克原器,就這麼靜靜地躺在法國巴黎的國際計量局中,規定了整個物理體系的質量標準。

對於這件事,(劃掉)有強迫症的(/劃掉)科學家們早就看不下去了,一直想為千克找一個自然的定義。經過曠日持久的拉鋸戰,到了2011年,CGPM同意改用一個物理常數來規定千克的準確值。叒經過了幾年的討論,終於在去年提出,質量單位千克由普朗克常數h = 6.626 070 15×10^(-34) m² kg/s來間接確定,並且交由2018年召開的第26屆國際計量大會表決。

也許有人會說,千克定義這麼準確有啥用,買菜又用不到普朗克常數……還有人會問,千克的定義變了,我的體重會輕一點嗎?(那真是想太美了)千克的定義雖然變了,但我們日常生活似乎並不會受到什麼影響,說來只有精密測量領域的科學家才值得關心這件事。但是別忘了,人類科技樹長到今天,一分一秒也離不開精密測量,而準確的單位就是精密測量的基石。舉個慄子,當你掏出手機連上GPS定位,在X了麼上點餐,半小時後就吃上了飯菜……這些司空見慣的操作,每一步都離不開精密測量這位幕後英雄。你看,買菜還真就用得上普朗克常數,雖然你並不知道他躲在哪裡。

今天(11月13日),就是這場會議開幕的日子。按照議程,會議將在本周五對1號決議——《關於國際單位制的重定義》進行表決。如果表決通過,那麼新的國際單位制將在2019年5月20日正式生效,千克原器將代表實物度量衡時代的「末代皇帝」走進歷史的博物館,人類將迎來新的自然單位時代。

現在就是我們見證歷史的時候,這麼想想是不是有點小激動呢!

既然這麼激動,

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