在2018年11月舉行的國際度量衡大會上,各個國家的代表將就是否採用安培、千克、開爾文、摩爾4個單位的新定義進行投票。日常生活中處處可見的的質量單位「千克」(kilogram)將有新定義了!
我們過去一直用來計算質量的單位「千克 / kilogram」,其實是自1879年開始以一顆名為「國際千克原器」(The International Prototype Kilogram)的合金秤砣作為基準,它被嚴密保管在巴黎的法國國際度量衡局(BIPM)某處。自1889年以來,科學家給「千克」下的定義就是「國際千克原器的質量」,但是由於這枚合金秤砣在129年後出現了細微的鏽蝕,導致重量產生變化,比最初重了35微克。即便非常細微,但仍會影響到全球的測量系統。於是國際度量衡局(International Bureau of Weights and Measures,BIPM)將在在2018年的度量衡大會上投票決定,要讓這枚合金秤砣正式退休,用普朗克常量對「千克」重定進行定義。
35微克對人們日常來說可以忽略不計,你的體重秤上完全體現不出來呢,所以想要減肥,還是管住嘴、邁開腿吧。
定義「千克」的演變史:從實物到普朗克常量
我們中學時代最初在物理課上學到的千克最初的定義是4 ℃時一立方分米水的質量。這個定義最初是在1799年由法國科學家提出,並且製作了純鉑的千克原器作為1千克的國際標準。之後由於發現了鉑銥合金具有更強的穩定性,1889年便用鉑銥合金代替了純鉑的千克原器,直到現在。
值得一提的是,千克是目前國際單位制基本單位中唯一仍使用實物進行定義的單位。其他的六個基本單位是米(長度),秒(時間),開爾文(溫度),安培(電流),摩爾(物質的量)和坎德拉(發光強度)。其它六個基本單位分別是米(長度)由光速定義、秒(時間)由銫原子躍遷周期定義、坎德拉(發光強度)由鉑凝固點溫度的黑體定義、安培(電流)將由基本電荷定義、開爾文(溫度)將由玻爾茲曼常數定義、摩爾(物質的量)將由阿伏加德羅常數定義。
之所以重新定義千克,一方面是因為國際千克原器質量改變了,雖然改變得非常微小 ,即便鉑銥合金有膨脹率低、不易氧化等特點,它的質量仍然會隨著時間而發生變化。另一方面是因為每次測量十分不方便,保存條件非常苛刻。所以這個合金秤砣平時不會任意取出,需要負責保管的3名官員各自持有的鑰匙才能打開保險箱,而且每次測量可能導致質量的損失,所以不輕易測量,但同時也帶來了諸多麻煩。

這次國際千克原器的質量百年來發生改變,所以來自全球60國的代表在法國凡爾賽鎮的會議上,投票決定更改「千克」的定義,從依照「國際千克原器」的重量,改成用普朗克常數(Planck constant)做為千克的新標準,實現更精準的質量測量。雖然新定義的千克數對日常生活沒有太大影響,但對仰賴細微測量的研究或行業仍有實際應用。
我們可能不再需要這顆實體了,但它仍承載著人類探索進步的光輝。
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