搞事情！小學至大學的教科書可能要改革了。
我們經常用的「千克」要改基本單位了!別說我沒有告訴你,等你將來輔導小孩功課時，要是不知道就尷尬了。
最近有一則新聞，《國際計量大會：「千克」等4個基本單位被重新定義》，正文這樣說：國家市場監管總局今天發布消息，第26屆國際計量大會昨天經包括中國在內的各成員國表決，通過關於「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4個國際單位制的基本單位將被重新定義，於2019年5月20日起正式生效。
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。
這是國際測量體系第一次全部建立在不變的常數上，保證了國際單位制（SI）的長期穩定性。
別小看這則新聞，因為它有可能即將影響你未來孩子的學習成績。
理科生應該比較清楚，質量中的基本單位是千克、電學中的基本單位是安培、熱學中的基本單位是開爾文和摩爾。工作多年的讀者們，你們還記得不？
基本上所有關於此事的新聞字少，內容短，我猜是記者也覺得很費解，所以乾脆就不（敢）多說了吧。
估計一些讀者看得雲裡霧裡的。客觀說，講明白這個事情確實很不容易，至少涉及這樣三個問題：
1、為什麼要用普朗克常數定義千克？
官方給出的原因是：國際計量值不太穩定，重新定義是為了讓國際基本單位的量值具有長期穩定性。千克這個基本單位我們平時用的多，but普朗克常數是什麼鬼？難道以後我去超市，需要這樣說：漂亮小姐姐，我想買1普朗克大米？或者考試的時候，一不小心寫成了1千克大米，還得扣我5分，就這樣與清華大學失之交臂了？
2、普朗克常數到千克之間的理論關係是什麼樣的？
這裡我們需要清楚地了解E=hv和E=mc2這兩個公式，這兩個公式把h和m之間的關係連接了起來。
3、怎麼用普朗克常數標定（測量）出千克？
說清楚這個問題更複雜，因為能量在運動過程中無可避免地會出現損耗，這可不好解決呀。有這麼一個設備——瓦特天平（咯，就是下圖，密集恐懼症有木有），最後搞定了。該設備一來迴避了計量原子數這樣一個複雜而不精確的過程，二來同時又用「虛能量」這樣一個原理迴避了能量的損耗問題，從而構建了用普朗克常數測量千克的標準實驗過程。
由於我們這個號並不是一個科學普及的號，所以不在科學理論方面涉及太深，我們還是聊點有意思的。
說到千克這個詞，你可能覺得模糊。科學家們早早地都把「千克」給你做出來了。這是告訴大家，全世界的物體不知道質量的，和它進行對比就行了，省得大家爭。
目前國際標準的千克樣品
這個「原器」是1889年就做成的，大家稱其叫「大K」（Le Grand K），是一個鉑-銥合金圓柱體。它被保存在位於法國巴黎的國際度量衡局（InternationalBureau of Weights and Measures，BIPM）的地下室裡，受到重重保護，待遇堪比儲備黃金，全世界的質量度量標準都以它為參照，許多國家也按照這樣的方法保存著各自的千克原器。
要是放了幾百年長灰塵了，怎麼辦？別擔心，每隔30年左右，各國的計量專家都會小心翼翼地從地下室取出大K進行清潔，然後與同樣保存在地下室的其他六個官方副本（被稱為temoins，意為「證人」）進行比較，以確定全球質量標準。
然而非常尷尬的是，最近兩次的比較，大K和官方副本的質量居然都不一樣。由於大K實在太寶貴了，沒有人有辦法在不影響它的質量的情況下進行測試，因為連百萬分之一的損失也不能接受（傲嬌大K捶你小胸口）。好吧，於是霸氣的國際度量衡大會決定建立新的質量標準。
E=hv是量子理論的基本方程，E是能量。h是普朗克常數，v是頻率。雖然這是一個非常簡潔的方程式，但是這個可不得了啊。很多人都知道大名鼎鼎的愛因斯坦質能方程E=mc2，這個方程打開了潘多拉盒子，釋放出核能這個威力巨大的魔鬼。對於E=hv這個方程，名氣雖沒有比不上愛因斯坦質能方程，但是E=hv這個魔鬼的威力其實要大得多，給整個物理學界帶來了狂風暴雨，動搖了整個經典物理學的根基。普朗克研究了六年的量子理論得出的基本方程。E=mc2還是在E=hv的基礎上推導出來的。
愛因斯坦用E=hv解釋了光電效應，獲得了諾貝爾獎；波爾利用這個方程解釋了原子模型理論，獲得了諾貝爾獎；德布羅意利用E=mc2和E=hv兩個方程發現電子也是一個波，提出了波粒二象性的理論，也獲得了諾貝爾獎。當量子理論不斷被大量的實驗驗證正確性，不斷發揮巨大威力時，大魔王普朗克先生完全沒想到，自己都被嚇一跳，OMG，有這麼大的威力。
可以這麼說，沒有量子理論，就沒有現代的科學技術。這是傳說中的，你儘管努力，未來的收穫會給你安排得明明白白滴。（此處應有掌聲）
在關於光具有波粒二象性的啟發下，德布羅意突發奇想，提出一個假說，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微觀粒子，包括電子和質子、中子，都有波粒二象性。
不過運動粒子的波長怎麼計算？這個問題難倒了許多人，可難不倒我們的德布羅意。聰明的德布羅意舉一反三，他把光子的動量與波長的關係式p=h/λ推廣到一切微觀粒子上，指出：具有質量m 和速度v 的運動粒子也具有波動性，這種波的波長等於普朗克恆量h 跟粒子動量mv 的比，即λ= h/（mv）。這個關係式後來就叫做德布羅意公式。
波指振動的傳播，比如電磁波。
從德布羅意公式很容易算出運動粒子的波長。例如，電子的電荷是1.6×10-19庫，質量是0.91×10-30千克，經過200 伏電勢差加速的電子獲得的能量E=Ue=200×1.6×10-19焦=3.2×10-17焦。這個能量就是電子的動能，即0.5mv2=3.2×10-17焦，因此v=8.39*106米/秒。於是，按照德布羅意公式這運動電子的波長是λ=h/（mv）=6.63*10-34/（9.1*10-31*8.39*106）=8.7×10-11米，即0.87 埃。
仍然按照德布羅意方程式我們假想把人體當作一個統一的粒子來模擬計算一下人體的波長（這種假設當然並不科學，只是一個科學遊戲，目的是為了幫我們計算下面那個好玩的概率——人有多大的概率能穿牆而過）。
假設一個人體重70公斤，按照5米/秒的速度朝一個方向跑去，那麼其動量是70kg*5m/s=350kg·m/s。於是，按照德布羅意公式這個人作為假想的基本粒子的波長是λ=h/（mv）=6.63*10-34/350=1.89×10-36米，這一尺寸已經小於普朗克長度1.62×10-35米了。到今天為止，這樣的物體的德布羅意波長實驗沒有辦法測得，也是很無奈。（實驗有風險，切勿嘗試）
別擔心，科學家們又給我們鋪好了路。從1999年至2013年，科學家用一種近場塔爾博特-勞厄幹涉儀（Talbot Lau interferometer）分別在富勒烯等大尺寸物體上測得了幹涉現象，粒子的康普頓波長與質量成反比。大致而言，康普頓波長是量子效應開始變得重要時的系統長度尺寸，質量大於普朗克質量2.18×10-8kg的物體的德布羅意波長從現代科學技術實驗的角度而言，還無法達到。
穿越不是神話，是真實存在的。世界上的事物都以波的形式存在，包括你和我。
想像一個場景，你要是不小心撞到一個女生，女生生氣地說：「喂，你撞到我啦」，於是你淡淡地回復一句：「不是我撞到了你，是我的波撞到你。」
哎呀，我去，這錦鯉都能穿牆，那麼我們人體穿牆而過的概率是多少？
先來考考大家。如圖所示，假設有這樣一個滑道，滑道上有一個小球，二者之間沒有任何摩擦力。如果小球從 A 點出發滑落，而且出發時速度為零，那麼這個小球會出現在 D 點嗎？
身為學霸的你可能會說，最多B點，不能再多了。根據能量守恆定律，小球的勢能會轉化成動能，然後動能再轉化成勢能，最後會到達 B 點，運動往復循環。翻過 C 點那一座大山都是不可能，因為小球根本沒有足夠的能量來翻越它。
先給學霸的你點個讚。對於經典粒子來說，是這樣的。但是，如果這條滑道縮小到原子尺度，而小球是一個電子的話，翻過去似乎不是那麼難的。怎麼回事呢？
量子力學中，由於微觀粒子存在波粒二象性，電子從 A 點出發有可能出現在 D 點的，就像是從隧道中穿越過去一樣。
總結一下，如果微觀粒子遇到一個能量勢壘，即使粒子的能量小於勢壘高度，它也有一定的概率穿越勢壘，這種現象就叫隧道效應。如果把它比作一個人的話，原本只能跳 4m 高，但是卻跳過了 30m 高的牆，不可思議吧。
因為任何勢壘都存在著一定的透射係數，透射係數對勢壘的寬度、物體的質量以及勢壘與物體的能量差相當敏感。簡單來說，隨著物體的質量和勢壘寬度的增加，透射係數將按照指數衰減。如果勢壘太高或太寬，隧穿的可能性就會很小。（透射係數專門表示透射波的振幅或強度）
作為一個微觀粒子穿牆術的體現，如果我們就質量為1.67×10-27的質子來說，假設質子的能量比勢壘低1eV，勢壘的寬度為2埃，D為透射係數，D0為常數，U(X)為勢壘能量，E為粒子的能量，a、b分別為積分區間的下限和上限，則b-a就是積分區間的寬度，根據勢壘貫穿公式：
計算得出，質子穿過能量比自身多1eV的勢壘的概率約為2.6×10-38，這已經是一個極低概率的事件了。看到這裡，是不是感嘆數學好難，那些數學家們真的是實力碾壓數學偽學霸。
我們還是假設人的體重70公斤，牆厚0.2m，帶入上述勢壘貫穿公式，得到的穿透概率小於10-150。怎麼理解這個概率的大小呢？舉個例子，宇宙年齡大概是138.2億年，這個概率大概就是其發生一次這樣的穿牆事件需要150個以上的宇宙年齡，換句話說，也就是沒有可能了…..
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