質量單位「千克」被重新定義?一覺醒來發現自己變「重」了…

2020-12-08 百家號

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。

普朗克

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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  • 千克/摩爾/安培等單位即將重新定義
    科學家原定於2018年對包括安培、摩爾和開爾文在內的多個單位進行重新定義,千克也包括在內。近日,國際計量委員會(CIPM)在巴黎會面,探討了下一步要採取的舉措。千克是唯一一個仍基於實物的國際單位制。儘管從基本常數的角度對其進行定義的試驗在上世紀70年代便有描述,但直到去年,才有研究團隊利用兩種完全不同的方法均獲得了足夠精確的結果,而兩種結果的一致程度足以推翻千克的實物單位定義。2011年,CIPM正式同意從普朗克常數的角度表達千克。普朗克常數將粒子的能量同其頻率並且通過E=mc2等式在同其質量關聯起來。
  • 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。  他表示,國家千克基準各國通常只有一個,目的是為建立國家質量量值傳遞系統,確保砝碼的質量由國家基準器逐級傳遞下去。  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。
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  • 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
    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。
  • 國際單位制迎來歷史性變革!「千克」被重新定義
    據悉,千克(kg)、安培(A)、開爾文(K)和摩爾(mol)將重新定義。這4個基本單位,千克將用普朗克常數(h)定義;安培將用電子電荷(e)定義;開爾文將用玻爾茲曼常數(k)定義;摩爾將用阿伏伽德羅常數(NA)定義。起初,測量單位是基於實物或物質的特性來定義的。