從今天開始 千克被重新定義 千克不再是我們熟悉的那個千克

2020-12-06 潮流科技fans

只要你讀過小學，對公斤這個重量的計量單位肯定十分熟悉。它又名千克，用字母kg，是國際單位制的7個基本單位之一。最初由法國科學院制定，原計劃是用克作為主單位並為之製作標準原器，然而當時技術能力有限，所以製作了克的1000倍的標準器，也就是千克標準原器，這也是國際單位制中質量單位是千克而不是克的原因。

千克被重新定義

發展歷史

1791年，科學家們把4℃時溫度下1立方分米純水的質量作為1千克標準質量，並據此用鉑銥合金製成原器，一直被保存在巴黎，後來稱之為國際千克原器。

一直到2013年，一個質量與千克更為接近的鉑銥圓柱體誕生，它作為國際統一重量單位的原器一直被存放於法國巴黎郊外一座戒備森嚴的金庫內。但由於客觀存在的消耗與磨損，它的質量逐漸減少，導致誤差越來越大，千克原器的準確性受到影響。

2018年11月16日，在第26屆國際計量大會上通過了一份《修訂國際單位制》的決議，正式修改了千克、安培、開爾文和摩爾四個國際單位的定義。千克被重新定義為「對應普朗克常數為6.62607015×10^-34J·s時的質量單位」。

同時會議做出決定，從2019年5月20日開始，新國際單位體系將正式實施。

國際標準原器的存放地

今天的千克

在第26屆國際計量大會召開6個月之後的今天，千克的定義正式發生了變化，今天是新定義執行的第一天。

在此之前，國際千克標準原器一直被存放於一所位於法國巴黎郊外戒備森嚴的金庫之中，金庫需要三把鑰匙才能打開。全球一共儲存了數十份副本，用來標準化各個國家的重量。

未修改定義之前，在國際單位制的7個基本單位中，只有千克是用物體來定義的，用物體來定義質量單位有一個缺點，物體會隨著時間的流逝而改變。科學家們一直在尋找一種方法，在標準原器質量發生變化或標準原器遭遇毀壞性事件時，可以有辦法替換它。

現在，科學家將通過Kibble天平來測量千克。它是一臺基於普朗克常數理論的儀器，該儀器跟蹤電流的微小變化，以計算作用在質量(重量的兩個組成部分)上的重力。

國際千克標準原器

科學家們介紹，做這項工作的一個關鍵原因是為了促進國際安全。如果有一天，標準原器被破壞，我們就將失去世界公制重量系統的參考，一切都將會變得混亂。

Kibble天平利用電流的微小變化來計算重量，它測量產生電磁力所需的電流，該電磁力等於作用在質量上的重力。

Kibble天平

Kibble天平如何測量普朗克常數

Kibble天平將給科學家提供迄今為止最精確的普朗克常數測量，從而重新定義千克。

它包括懸掛在天平臂上的磁場內的線圈。一公斤重的物體也放置在這個臂上，由於重力的作用而向下施力。電流通過線圈產生一個力，該力的強度取決於電流的大小、磁場的強度和線圈的長度。

電流值是變化的，直到千克質量的向下力與磁場中線圈的力平衡。然後，質量被移除，線圈在磁場中移動，這在線圈中感應出電壓。通過跟蹤電流和電壓，普朗克常數可以根據質量、長度和時間來測量。

這種精確的電流測量被用來產生迄今為止最精確的普朗克常數計算，然後普朗克常數又被用來定義千克。

普朗克常數是自然界的基本常數之一，它是一個物理常數，用以描述量子大小，可以與光的某些性質和愛因斯坦的質能方程e=mc2相結合，得到新的千克。

國際度量衡局的所在地

人們普遍期待Kibble天平取代原有的國際標準原器，這樣能使千克融入各種現代化的標準測量中。長度單位米曾使用儲存在巴黎的合金棒作為標準原器，在1983年被更新定義為1/299792458秒內輕粒子移動的距離。一個多世紀以來，時間單位秒一直是一天的1/86400，但由於地球的自轉周期是可變的，秒已經被更新定義為銫原子精確振動9192631770次所需的時間。

普朗克常數如何重新定義千克

前面已經介紹，普朗克常數是自然界的基本常數，它限制了我們測量物理系統的精確度。它取決於長度、質量和時間的國際單位制：米、千克和秒。

米和秒已經被人們用通用常數定義。米是輕粒子在1/299792458秒內移動的距離，秒是銫原子精確振動9192631770次所需的時間。

在我們已經有了米和秒的精確測量值，它們可以和普朗克常數的固定值一起用來重新定義千克，從而擺脫對千克標準原器的依賴。也就是說，從現在開始，千克將由光子的能量與頻率之比來測量。

潮流科技fans本著認真、嚴謹的態度為大家提供科技類資訊文章。如果你喜歡，請多多留言關注。每篇文章都是潮流科技fans嘔心之作，也許不是最好，但絕對是認真的。請抄襲者自重！

相關焦點

  • 千克原器退役!新標準重新定義千克
    11月16日，在新一屆國際計量大會上，科學家們通過投票，正式讓國際千克原器退役，改以普朗克常數（符號是h）作為新標準來重新定義「千克
  • 質量單位——千克的重新定義
    作為唯一實物基準的國際千克原器的穩定性受到科學家們的質疑，科學家們開始致力於質量單位的重新定義。有科學家提出，可以使用自然界中的基本物理常數來重新定義質量單位。因為這些物理常數的定義不會改變，用它們來定義包括千克在內的基本單位，就再也不用擔心隨時間推移會影響單位的量值了。
  • 從實物原器到常數定義 千克還是那個千克
    國際計量委員會副主席約阿希姆·烏爾裡希曾公開表示，新定義生效後，千克可以通過任何適當的方法復現，比如基布爾天平法和阿佛加德羅法等。　　但變化並不僅限於此。「SI重新定義，意味著所有SI單位將由描述客觀世界的常數定義。重新定義開啟了任意時刻、任意地點、任意主體根據定義實現單位量值的大門，對經濟、科技與民生等都將產生深刻影響。」
  • ——「千克」被重新定義
    常用的質量單位「千克」，與我們生活息息相關，是人們再熟悉不過的了。但如今，「千克」這一單位要被重新定義了。為什麼要重新定義「千克」？未來，千克將以符號為h的普朗克常數定義，質量基本單位將會更加穩定，量值傳遞更加可靠。不用再擔心國際千克原器「大K」的質量發生變化，更不必擔心它如果丟失、損壞，可能給全球質量量值統一帶來災難。未來，新的計量單位的復現將不再依賴「大K」。在新定義下，它取決於實驗方法。就我國來說，目前中國計量科學研究院已獨立建立了基於新定義的千克復現裝置，預計將於2019年獲得等效的千克定義量值。
  • 前沿熱點之重新定義「千克」
    普朗克常量來重新定義千克，該數字是聯繫無線電波的能量與其頻率的常數。同樣地，對於千克，以及安培、開爾文和摩爾的更準確定義也可能為其他技術突破鋪平道路。多年來，人們重新定義千克的努力均未取得令人滿意的進展。直到1975年，英國國家物理實驗室的物理學家Bryan Kibble發明了一種裝置（在他去世後被命名為Kibble天平），該裝置能夠以極高的精度以重力的形式測量電流值（圖2）。
  • 前沿熱點丨重新定義「千克」
    圖片來源：BIMP2018年11月，來自60個國家的科學家們一致投票決定，從2019年5月20日開始，科學家們將根據普朗克常量來重新定義千克，該數字是聯繫無線電波的能量與其頻率的常數。同樣地，對於千克，以及安培、開爾文和摩爾的更準確定義也可能為其他技術突破鋪平道路。多年來，人們重新定義千克的努力均未取得令人滿意的進展。直到1975年，英國國家物理實驗室的物理學家Bryan Kibble發明了一種裝置（在他去世後被命名為Kibble天平），該裝置能夠以極高的精度以重力的形式測量電流值（圖2）。
  • 標準 |「千克」將重新定義
    國際度量衡委員會（CIPM）計劃在2018 年 11 月召開大會，對質量單位「千克」 進行重新定義，改用普朗克常數測量值為基準。
  • 「國際千克原器」或退休 度量衡大會將重新定義「千克」
    如今，他們正在更新對千克的定義。據路透社11月12日報導，1967年對秒的重新定義有助於讓世界各地通過全球定位系統和網際網路等技術開展的交流更加順暢，同樣，專家認為，改變千克的定義對技術、零售和健康都有好處。報導稱，自1889年以來，千克一直由存放在巴黎的一個閃閃發光的鉑銥合金圓柱體——「國際千克原器」來定義。
  • 千克的定義變了
    於是，科學家們開始探討採用物理常數來定義國際計量單位。　　在11月16日舉行的第二十六屆國際計量大會上，經包括中國在內的53個成員國集體表決，全票通過了關於「修訂國際單位制（SI）」的1號決議。未來，千克將以符號為h的普朗克常數定義，「大K」正式退役。
  • 「千克」瘦了,今天重新定義 會不會影響你買菜
    11月13日，第26屆國際計量大會在法國巴黎拉開了序幕，此次會議將重新定義4項國際單位，其中最為引人注目的便是——千克。法國時間今日（16日）下午，科學家們將投票決定是否採用物理上的普朗克常數來重新定義千克。對此，在國際計量局工作的清華大學科學家李世松博士告訴紅星新聞記者，「懸念不大」。
  • 「千克」被重新定義 物理教材將修訂
    謝軍說，就像1967年，用原子的特性修訂了時間單位「秒」的定義，使我們在幾十年後的今天擁有了衛星導航和網際網路技術一樣，「千克」等4個國際單位制的重新定義，將在未來對人類科學、技術、貿易、健康、環境等領域產生重大而深遠的影響，而現在我們對這些影響的預判和認為，可能是未知遠遠大於已知。
  • 「千克」「安培」「米」「秒」等計量單位重新定義
    「千克」「安培」「米」「秒」等計量單位重新定義 新定義的國際計量單位5月20日起正式使用 對日常生活沒有影響，將為科研插上翅膀 華聲在線5月20日訊(湖南日報·華聲在線記者 奉永成) 5月20日是第20
  • 「千克」原器失準 國際計量大會將用物理常數重新定義「千克」
    【綜合/觀察者網 陸雨聆】「1千克」到底有多重？ 一個多世紀以來，這個國際標準質量單位都是由一塊高爾夫球大小的鉑銥合金圓柱體「大K」定義。但經不住歲月的侵蝕，這件原器已經難以適應現代的精密測量要求，重量早已不再是「1千克」了。 於是，它是時候該「退休」了。
  • 基於量子物理:「千克」概念被重新定義
    「千克」的概念肯定我們每個人都不會覺得陌生。但是你知道它是怎麼定義的嗎？美國在1879年複製的「千克」標準「大K」複製品。一直到最近（具體說來是2019年5月20日），這種狀況才出現了改變：「千克」的定義不再是一塊金屬塊了，而變成了某種脫離了實物的，更為抽象的存在——新的「千克」定義是基於無數的光子以及普朗克常數，或者說，基於量子物理學原理來構建的。從某種程度上說，這是一項巨大的，但同時也是異常艱難的進步。
  • 國際千克原器重了50微克要退休 千克將被重新定義
    ——明年初，包括「千克」(質量)、「開爾文」(溫度)、「安培」(電流)、「摩爾」(物質的量)在內的4項國際單位將被重新定義。　　已經「發胖」重了50微克　　隨著科技的發展，科學家愈加發現，「千克」這種和實物相聯繫的定義已經不能滿足高精尖科技的需求了。因為實物不能亙古不變——巴黎的IPK已經「發胖」了50微克。專家因此笑稱，「這意味著我們比一百多年前的人要『重』」。
  • 剛剛「千克」被重新定義!大K從此成為歷史
    在此之前，千克是目前唯一仍然使用實物進行定義的單位。自1889年以來，全世界的千克定義基準都是保存在巴黎秘密地下室內的一個鉑-銥合金圓柱體。但千克之源本身的質量正在變小，這促使國際度量衡大會於2011年決定將千克和量子力學常數掛鈎，進行重新定義。重新定義千克的過程，涉及自然科學界最為複雜困難的測量。
  • 「千克」重新定義 不影響日常生活
    「千克」重新定義 不影響日常生活 2017-07-19 15:05……　　這些是坊間有關「千克」重新定義的種種疑惑。　　近日，美國標準科學研究院(NIST)公布普朗克常數最精確測量值，並提交國際科學數據委員會(CODATA)，明年國際度量衡委員會將以普朗克常數為基準對質量單位「千克」進行重新定義。　　消息發出後，因生活中稱重無處不在，讀者們在評論區對此展開了熱烈的討論。質量單位為什麼要重新定義？
  • 「千克」被重新定義 中學物理教材將改寫
    根據決議，質量單位「千克」、電流單位「安培」、溫度單位「開爾文」、物質的量單位「摩爾」4個國際單位制基本單位將改由常數定義，從而更具有穩定性和普適性，並將於2019年5月20日「世界計量日」當天正式生效。加之此前對時間單位「秒」、長度單位「米」和發光強度單位「坎德拉」的重新定義，至此，國際計量單位制的7個基本單位全部實現由基本物理常數定義。
  • 千克等4個基本單位將重新定義 以後1千克要這麼算
    原標題：「千克」等4個基本單位將重新定義 以後1千克要這麼算國家市場監督管理總局消息，在第26屆國際計量大會，經包括中國在內的各成員國表決，全票通過了關於「修訂國際單位制（SI）」的1號決議。根據決議，千克、安培、開爾文和摩爾等4個SI基本單位的定義將改由常數定義，於2019年5月20日起正式生效。此次SI的修訂，千克（kg）、安培（A）、開爾文（K）和摩爾（mol）將重新定義。
  • 千克被重新定義了,你的體重發生變化了嗎?
    前幾天，科學界發生了一件大事，這個距離大眾群體稍遠的領域悄悄地改變了幾個我們日常使用的一些標準。第26屆國際計量大會決議，將千克、安培等4個國際單位制分別改由普朗克常數h、基本電荷常數e等基本物理常數來定義。並於2019年國際計量日（5月20日）起正式生效。