「千克」原器失準 科學界更新定義

2020-12-05 新華社新媒體

「千克」原器失準　科學界更新定義

沈敏

「1千克」多重？這一國際標準質量單位近130年來由一個小巧的鉑銥合金圓柱體定義。這一「國際千克原器」保存在法國首都巴黎西郊一間地下儲藏室內，擋不住歲月和汙染導致的細微變化，難以適應現代精密測量要求。

全球數百名科學家定於16日匯聚巴黎西郊凡爾賽宮，參加第26屆國際計量大會，正式以一個物理常數定義「千克」，讓那塊外號「大K」的圓柱體退役。

【「大K」卸任】

「千克是最後一個仍以實物作為基準的計量單位，」法國國家計量與測試研究所所長託馬斯·格勒農說，「問題是它歷經滄桑，質量會變化。鑑於我們今天的（計量）精準度需求，這不夠好。」

「大K」隨「國際米制」而誕生。科學家18世紀末決定創建國際通用的計量單位體系，首先確定採用法國科學院在法國大革命後制定的長度單位「米」，即經過巴黎的地球子午線全長四千萬分之一為「1米」；隨後依據米的定義，規定1立方分米純水在4攝氏度時的質量為「1千克」。

1889年第一屆國際計量大會決定，把一個直徑和高度同為39毫米的鉑銥合金圓柱體質量作為國際單位「千克」基準。各國用「大K」複製品校正質量標準，而作為原器「真身」的「大K」保存在巴黎西郊「布勒特伊宮」地下儲藏室，以三層鐘形玻璃罩真空密封。打開儲藏室的三把鑰匙由三名不同國籍高層人士分別保管，取出原器時需要三人同時開鎖。

為防範汙染，「大K」每過40年取出一次，接受清洗和檢查，迄今「面世」4次。儘管小心翼翼，每一次檢查都發現「大K」質量細微變化，如因為受空氣汙染而「增重」，或因氧化而「減重」，更新定義的建議因而提上日程。

【與時俱進】

國際計量局局長馬丁·米爾頓說，科學家當時制定國際米制的過程相當合理，「即便我們今天做，不會有太多不同」。然而，從法國大革命到現在，科學的面貌大為不同。

國際計量大會近幾十年先後修改多個基本計量單位的定義。比如，長度單位「米」改用真空中的光在一秒內行進距離、即以光秒作定義，1光秒接近30萬千米；時間單位「秒」自20世紀60年代起正式採用銫133原子的電磁波周期相關數值。以基本物理常數定義計量單位，可大大提高穩定性和精確度。

這一屆國際計量大會準備讓「大K」卸任，以量子力學中用於計算光子能量的普朗克常數數值為基準，重新定義「千克」，原理是將移動質量1千克物體所需機械力換算成可用普朗克常數表達的電磁力。

支持更新定義者說，用普朗克常數定義「千克」比實物基準穩定至少100萬倍。

米爾頓向法新社記者解釋：「稱1千克土豆不需要多高的精確度，但對精密科學和工業的多類應用，1千克不再是合適的計量單位。」比如，隨著醫藥和化學工業發展，越來越多藥品成分的測量需要精細到微克。

這屆大會同時準備採用物理常數重新定義電流單位「安培」、溫度單位「開爾文」和物質的量的單位「摩爾」。

米爾頓說，「大K」儘管不再是「完美的千克」基準，仍將以現有保存方式存在。科學界將在今後數十年觀察它隨著周圍環境改變而發生的重量變化，讓它繼續為科學做貢獻。（完）（新華社專特稿）

關鍵詞：大K(Le Grand K)

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    千克新定義或將問世 數學常量取代合金原器     由於國際千克原器出現質量變化，科學家們計劃使用數學常量重新定義千克   騰訊科學訊 據國外媒體報導，現在千克的定義能夠追溯到125年以前，科學家們將一個鉑銥合金的圓柱體作為1千克的標準重量，也就是我們所謂的國際千克原器。
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    11月16日，在新一屆國際計量大會上，科學家們通過投票，正式讓國際千克原器退役，改以普朗克常數（符號是h）作為新標準來重新定義「千克
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    「秒」「米」「千克」等7個基本單位的定義標準將從原本的實物原器變為由常數定義。　　原本好好的標準為何要改變？這樣的改變將給全球帶來怎樣的影響？為了這樣一個改變，世界各地的科學家又做出了怎樣的貢獻？　　國際計量委員會副主席約阿希姆·烏爾裡希曾公開表示，新定義生效後，千克可以通過任何適當的方法復現，比如基布爾天平法和阿佛加德羅法等。　　但變化並不僅限於此。
  • 國際千克原器可能要退休了
    由這些自然常數組成寰宇通用的測量基礎，將使科學界、工業界和人類社會擁有一個更加可靠、一致、全範圍（大至很大，小至很小）的測量系統。    國際計量局物理計量所功率天平組的李世松博士表示，這次國際單位制修訂的主要目的，是消除現行定義中所使用的實物基準隨時間、地點、環境產生的未知漂移，建立一套與基本物理常數掛鈎，適用於自然界基本物理定律的，對相應量值的復現不受時間、地點、環境約束的國際單位新體制。國際千克原器發生50微克漂移    質量單位千克是目前唯一還在使用實物基準定義的基本單位。
  • 千克原器要下課了!
    先說說千克原器。其實就是一個標準——1kg的質量到底是多大說白了就是一個金屬疙瘩，一個砝碼而已。
  • 千克被重新定義了,你的體重發生變化了嗎?
    前幾天，科學界發生了一件大事，這個距離大眾群體稍遠的領域悄悄地改變了幾個我們日常使用的一些標準。第26屆國際計量大會決議，將千克、安培等4個國際單位制分別改由普朗克常數h、基本電荷常數e等基本物理常數來定義。並於2019年國際計量日（5月20日）起正式生效。
  • 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
    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。
  • 國際千克原器退役,誰將接替它?答案揭曉……
    但你知道大媽秤上的1千克是根據什麼被定義出來的嗎？一百多年前，人們造了一個精準的「砝碼」——國際千克原器。從此，人類重量的概念都是參考它而來。但經過百餘年的運行，由於歲月的侵蝕，這個國際千克原器和各國的千克原器出現50微克偏差。怎麼辦？這難不倒智慧的人類。11月16日在巴黎召開的第26屆國際計量大會決定，到明年的5月20日，「國際千克原器」將正式退役。
  • 千克的變遷:從千克原器到放之宇宙皆可
    首先我們來回顧一下大家在中學階段接觸的千克的定義：將國際千克原器的質量定義為一千克。基於千克原器的質量測量所造成的系統誤差一般可以忽略不計，千克原器的定義相比於新定義，對我們的日常生活並不會造成太大的影響——比如說，你在超市對於一塊要買的奶酪質量的稱重採用哪個標準都一樣。但對於計量學家而言，這些細小的偏差就變得很關鍵了。 Q：按照舊定義，假若存放的原始千克原器損壞了，該怎麼辦？
  • 國際度量衡大會將廢除千克原器和其他三個基本單位的SI定義
    國際度量衡大會(CGPM)的官員宣布，在下周舉行的會議上，將重新定義公制系統中所使用的四個基本單位。
  • 今天全世界重量定義要變了?原國際千克原器廢棄,新定義開始生效
    不過今年5月20日將意義非凡，標誌一個時代的結束和另一個新時代的開始，因為存放在法國巴黎的國際千克原器（IPK）將被廢棄，而新定義的重量單位將開始生效。國際單位制基本單位（SI）一共有7個，長度單位米，質量單位千克，時間單位秒，電流單位安培，熱力學溫度單位開爾文，物質的量單位摩爾，發光強度單位坎德拉。其中有四個單位並不是基於物理常數-普朗克常數，安培，開爾文，摩爾和千克。
  • 為科技界服役130年 國際千克原器可能要退休了
    於是，用物理常數重新定義國際基本單位的方案被提了出來。用常數的方式定義測量單位意味著這些定義將適應下一代科學發現的需要。本次國際單位制的修訂將使所有的基本單位都建立在我們描述自然界所用的基本物理常數上。由這些自然常數組成寰宇通用的測量基礎，將使科學界、工業界和人類社會擁有一個更加可靠、一致、全範圍（大至很大，小至很小）的測量系統。
  • 科學界剛剛確定,重新定義千克單位(公斤),以後體重該這樣算了
    在一個多世紀100多年以來，人們一直都是按國際標準質量單位來定義千克（公斤），這個定義是由一個直徑≥1.535英吋(39mm)大小和高爾夫球差不多大的鉑銥合金圓柱體「大K」定義，雖然科學家們這麼長時間一直都是小心又小心的保護「大K」，但是還是受不了時間的侵蝕，這件原本定義千克單位的原器已經逐漸不能應對現在的精密測量了
  • 科學界決定了,1千克以後這麼算!
    一個多世紀以來，這個國際標準質量單位都是由一塊高爾夫球大小的鉑銥合金圓柱體「大K」定義。但經不住歲月的侵蝕，這件原器已經難以適應現代的精密測量要求，重量早已不再是「1千克」了。於是，它是時候該「退休」了。
  • 新國際單位體系2019年生效 國際千克原器可能退休
    於是，用物理常數重新定義國際基本單位的方案被提了出來。用常數的方式定義測量單位意味著這些定義將適應下一代科學發現的需要。　　本次國際單位制的修訂將使所有的基本單位都建立在我們描述自然界所用的基本物理常數上。由這些自然常數組成寰宇通用的測量基礎，將使科學界、工業界和人類社會擁有一個更加可靠、一致、全範圍（大至很大，小至很小）的測量系統。
  • 「千克」瘦了,今天重新定義 會不會影響你買菜
    小到日常買菜，大到航空航天，千克都是常用的計量單位。那麼為何要重新定義？是否會對普通生活產生影響？以及會對科學界產生怎樣的影響？對於這些疑問，李世松博士進行了詳細解答。李世松介紹，這7個單位中目前只有千克定義是基於實物的，即「國際千克原器的質量」。↑國際千克原器。圖據法新社「國際千克原器」又被稱為「一千克標準物」（簡稱IPK），是一個存放於巴黎、如今已129歲「高齡」的砝碼。
  • 千克的定義要改了,我的秤還準嗎?
    這項工作由法蘭西科學院組織委員會負責，當時，法國定義一千克（grave）為水在密度最大時（3.984℃），一立方分米水的質量。（科技學堂曾經分享過制定計量單位的有趣故事，點擊這裡進一步了解）這個定義方法有幾個好處。第一，它是首次由自然物品來定義的重量的，不會被某個權威所改變。第二，1升最大密度的水，就能夠充當1kg標準物體了。
  • 千克被重新定義,國際單位制迎來重大變革
    科學界發生的一件大事，悄悄改變了我們日常使用的一些計量標準。12月11日，國家市場監管總局召開國際單位制重大變革新聞發布會。1.定義的基礎變了以千克的現行定義為例，1千克精確等於國際計量局保存的國際千克原器（IPK）的質量。國際千克原器是一塊鉑銥合金圓柱體，用三層玻璃鐘罩保護，最外一層抽成半真空，以防止空氣和雜質進入。