科學:隨著科學重新定義千克質量的量子躍遷

2020-12-04 三觀正無窮嘎哈

導語:公爵在巴黎西部的梧桐樹林中,坐落在公爵的前樂園下方,坐落著一個巨大的物體,它決定了世界的重量。在法國大革命之後的科學和政治動蕩的背景下,一小塊鉑銥合金在近130年間基本上不受幹擾地作為世界基準,確切地說是一公斤。

公斤的國際原型,或稱為「Le Grand K」,因為它是溫柔的,它是科學上最神聖的遺物之一,與所有其他重量相比較的類比,以及伴隨自由時代的公制系統的圖騰,平等和博愛。

事實上,它是如此受人尊敬,它自1889年以來僅被稱重四次,並且只有三個活著的鑰匙持有人,出於安全原因必須具有不同國籍的人轉動鎖定時才能打開它在Pavillion de Breteuil的房間。

然而,它很快就會失業。本周,來自世界各地的數百名科學家將齊聚凡爾賽宮參加第26屆度量衡大會。在那裡,姍姍來遲地履行公制系統的「為所有年齡,為所有人」的創始承諾,他們將用一個通用公式取代大K,該公式使用自然的量子定律來定義公斤。

「公斤是基於物理對象的最後一個測量單位,」法國國家計量和測試實驗室主任託馬斯格倫說。「問題在於它有生命,它可能會波動。考慮到我們今天所需的精確度,這還不夠好。」

什麼是一秒鐘?隨著公制系統的採用,18世紀後期的科學家們需要編寫一個單獨的結構,用相似的,可轉移的測量單位表示距離,時間,電氣過程和質量。

他們自然地將一個儀表定義為地球象限的千分之一 貫穿巴黎。「我們現在回顧並說實際上他們經歷的過程相當不錯,我們今天不會做得非常不同,」我們測量系統國際託管人BIPM的主管Martin Milton說。

然後使用該儀表來定義質量:然而,稱重的立方分米(10cm×10cm×10cm)的水將被稱為一公斤。但是,自革命時代以來,科學一直在發展。現在,儀表定義了光在幾分之一秒內在真空中傳播的距離。第二個本身曾經相對於地球的自轉來表達。但是自20世紀60年代以來,正式時間是銫133原子晃動9,192,631,770次,而不是一次革命。

千克不是與單個物理對象的質量有關,而是將來根據普朗克常數定義,光的頻率可以攜帶到相同頻率的量子能量的比率,或6.626 x 10-34焦耳秒。正如愛因斯坦用他的等式E = mc2證明的那樣,能量與質量有著內在的聯繫。

普朗克常數與兩個允許產生電能的量子現象相結合,可用於根據置換它所需的等效機械功率來計算質量。米爾頓告訴法新社:「如果推動質量,你需要的功率取決於質量。你可以完全依靠我們的量子常數提供的電力。」這種方法的支持者表示,它將比物理人工製品穩定至少一百萬倍,並且將來會有一系列實際應用。

「對於很多應用來說,一公斤是一個非常大的質量,」米爾頓說。藥物和化學品生產方面的進步意味著藥物中的成分越來越多地被測量為微克級,並且越來越精確。

「對於你不需要非常精確的馬鈴薯來說,一公斤的好處,但對於要求苛刻的科學和工業的許多應用來說,它不是合適的重量。新系統可以無限擴展。」

科學家們還將利用凡爾賽峰會改變安培(電流),開爾文(溫度)和摩爾(原子)的定義方式,這些都是通過自然界的普遍規律來表達的。米爾頓說,這個決定是一種確保世界永遠同意一公斤一袋糖,一升水或精確量子比的方式的方法。

他說:「我們處在這樣一個人們擔心多邊主義的動力停止並可能正在逆轉的世界。但在這裡,在測量科學方面,各州確實會齊心協力,」他說。

結語:至於Le Grand K,它可能已經超過它作為完美千克的實用性,但它對科學的貢獻遠未結束。米爾頓說:「自1889年以來,它將一直保留在金庫中。」「這實際上是一個長期的實驗,因為我們將在未來幾十年內對其進行權衡,看看它對條件的反應。它仍然是科學研究的一個目標。」

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