5 月 20 日的第 20 個世界計量日上，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」的新定義正式開始生效。這是國際單位制（SI）自 1960 年以來最大的一次調整。加上此前對時間單位「秒」、長度單位「米」和發光強度單位「坎德拉」的重新定義，至此 SI 的 7 個基本單位全部實現由常數定義。
計量學家一直追求創造一套適用於「萬世萬民」（For all people, for all time）的計量體系。如今，我們離這個目標更近了一步：基本單位定義不再受限於任何實體，而取決於事物的基本性質和人類技術的測量能力。
新定義下 7 個基本單位的關係，及決定它們的基本常數。| 圖片來源：Wikipedia
7 個基本單位新定義如下：
長度單位米：光在真空中於 299792458 分之一秒內行進的距離。
時間單位秒：銫- 33 原子基態的兩個超精細能級間躍遷對應輻射的 9192631770 個周期的持續時間。
電流單位安培：某點處1 s內通過（1.602176634）×10^19個元電荷所對應的電流。
熱力學溫度單位開爾文：1 開爾文是玻爾茲曼常數為 1.380649×10J·K 時的熱力學溫度。
物質的量單位摩爾：精確包含 6.02214076×10（阿伏伽德羅常量）個基本粒子的系統的物質的量。
發光強度單位坎德拉：一光源在給定方向上發出頻率為 540×10s 的單色輻射，且在此方向上的輻射強度為（683）kg·m·s 時的發光強度
質量單位千克：普朗克常數為6.62607015×10J·s 時的質量。
國際千克原器「大K 」 丨圖片來源：BIPM
在此前的定義中， 「千克」一直依託於國際千克原器「大K 」的質量。
大 K 是一塊直立圓柱體，由九鉑一銥的合金製作，高度和直徑均為 39.17 毫米。從 1889 年起，一直被收藏在法國巴黎的國際計量局地下室之中，這所地下室上方，是塞納河畔的一所 17 世紀皇家狩獵園林。
為保證穩定，大 K 很少被驚擾。只有當各持一把鑰匙的國際度量局主任、巴黎國家檔案館主任、世界重量與度量大會主席 3 人齊聚時，才能打開存放的保險柜。每年這 3 人會開啟地下室一次，僅僅確認一下大 K 是否還安然待在原地，然後就上鎖離開。
為了與大 K 進行對照，當時還製作了 6 個副本，同原器保存在完全相同的環境裡。這些副本被稱作「大 K 的證人」，通過每 40 年一次的對照，確保大 K 質量不出現重大改變。大 K 和「證人」待遇嚴格，幾乎不會被移動。二戰時期德軍在地下室附近建立軍工廠，該地區遭受美軍猛烈轟擊，地下也搖動不安，即使如此，人們也僅把「證人」移至其他地方保管，而沒有挪動大K ，僅為它加了一層防震箱。
由於大 K 和「證人」都不可輕動，人們為了日常的校準使用，還製作了 10 個工作副本和 40 個國家原型。國家原型分散在 40 個不同國家和地區，是各國的活動參照質量原器。定期會被送回國際度量局加以核對。
大 K 之所以重要是當時安培、開爾文、摩爾、坎德拉等都依賴於質量進行定義。如果大 K 出現問題，整個物理學大廈都將發生巨震。
而國際千克原器保存於法國也有著深遠的歷史背景。1789 年，法王路易十六召開三級會議，引發法國大革命。民間要求廢除貴族特權的呼聲不斷高漲，其中關於「度量方面」的特權被特別提出。當時各地封建領主為保衛本領地的經濟利益都會提出自己獨特的度量標準，導致全國度量標準多達 700 種以上，經濟狀況極為混亂。
為制定全國統一的度量衡，革命政府決定成立標準制定委員會，並邀請著名化學家拉瓦錫來主持工作。出於「選取自然現象或事物為參照物」的原則，1793 年委員會決定，把密度最大時的 1 立方分米的蒸餾水的質量定義為一個標準單位，並稱其為法語「grave」，取自拉丁文「重力」。
但這個單詞發音近似法語中「伯爵」一詞，引發了革命者的強烈不滿。革命者認為，新質量單位的名稱具有凌駕於時間、長度等單位之上的階級性，是在創造新的不平等。此後拉瓦錫也被高喊著「共和國不再需要科學家」的民眾處死，理由是他曾為買辦階級做事並販賣假煙。
拉瓦錫死後，數學家拉格朗日被任命為新任標準制定委員會主席。1795 年 4 月 7 日，委員會重新規定，冰的熔點溫度下，千分之一立方米的純水重量為一標準單位，名為「gram」，取自拉丁文「微小的重力」。這即是現在使用的「克」的前身。
但「克」實在太過微小，生活中使用極為不便。人們發現還是拉瓦錫提出的定義更為好用。於是為了規避「grave」一詞，人們創造了「千克」這一表達形式。「千克」也成為了目前所有基本單位中唯一帶「千」的一個。
1799 年，標準委員會又將定義中水的測量溫度從 0 度調整為了 4 度，因為此時水的密度最大，更加嚴謹。同年為方便校準使用，根據這一定義製作了一個等重的鉑金圓柱體，由於這一圓柱體被放置於檔案館中，其質量史稱「檔案館公斤」。
「檔案館公斤」沿用近一個世紀，其後伴隨物理學快速發展，人們開始要求更為準確的質量單位。1889 年人們製成了更加穩定和堅固的質量原器——大 K 。組成它的鉑銥合金是已知最穩定的合金之一。
但縱使小心保管，大 K 的質量也並不穩定。每 40 年接受清潔後，大 K 會與「證人」上稱「對證」。到今天，大 K 已莫名損失了約 50 微克的質量，這大概相當於一枚指紋的重量。人們不清楚其中的原因，也不清楚這是大 K 質量單獨發生了變化還是大 K 與證人的質量同時發生了變化。
因此伴隨人們測量手段的提高，新的質量單位定義方式也被提上日程。
普朗克常數是量子力學中用來計算光子能量的一個常數，單位為焦耳·秒。而焦耳的定義是 1 牛頓的力使物體在力作用方向上移動 1 米時所做的功。又知牛頓的定義是使 1 千克的物體有 1m/s 的加速度。因此，1 焦耳可以寫成千克米2秒2，於是普朗克常數的單位也可寫成千克米2秒1。由此便可直接用「普朗克常數」推出「千克」。
基布爾天平。丨圖片來源：J. L. Lee / NIST
「千克」新定義制定過程中，最難的不是敲定概念，而是測定準確的「普朗克常數」。
測定過程中，用到了「基布爾天平」（又稱瓦特天平），該天平可將對質量的測量等效為對電磁力的測量。通過計算產生這一電磁力的電壓和電流，便可算出普朗克常數。
說來簡單，實際上這一實驗極其難做。曾被《自然》雜誌評為「最具挑戰性的五大實驗」之一，僅次於希格斯玻色子探測試驗和引力波驗證實驗之後。
此次確定過程中，來自不同國家的 5 個團隊共同商定一個普朗克常數值，並利用本國的「千克」原器進行驗證，核驗誤差合格後，最終確定了 2018 年 11 月公布的6.62607015×10J·s 這一數值。
此次基本單位定義的改變對普通人來說沒有太大影響，但會給科學研究、高精尖技術領域、製造業帶來更為精確的可能。以果殼作者 Bearkiii的話來說，意味著在人類眼中，宇宙的像素又變高了。
題圖來自Wikipedia。