千克的定義變了,它會如何影響我們的生活?

2020-12-06 愛範兒

1 kg 還是原來那個重量,但它將不是原來那個 1 kg 了。

最近,國際計量大會經過投票將千克的定義,修改為以普朗克常數(Planck Constant)相關的一個標準值。

而在此之前的一百多年裡,千克的定義一直是法國巴黎國際度量衡局總部地下的一個鉑 – 銥合金圓柱體。這個國際千克原器(The International Prototype Kilogram),又簡稱為 IPK 或大 K(Le Grand K),是目前地球上的質量標準。

我國的千克原器是 1965 年向國際度量衡局申請的「K60」。這個砝碼會定期送到度量衡局總部進行校準,並定期與中國國家度量衡實驗室(NML)的不鏽鋼副本進行對比校正,再以此作為標準砝碼應用到各個領域。

▲ 美國千克原器 K20

國際度量衡局之所以要棄用這個物理實體的度量衡,主要是因為它的質量隨著時間的推移在變小。每年工作人員會打開一次地下室檢查,並且每間隔 30 年,這個千克原器以及它的六個官方副本都會被取出進行清潔。

然而即使小心謹慎地呵護,這塊金屬大 K 以及它的副本在以非常緩慢的速度丟失重量。丟失的程度有多嚴重?歷時一個世紀 ,少了 50 微克,相當於一顆小小沙子的重量。

這顆小沙子如果是在菜市場上買菜稱肉不算什麼,然而對於貴金屬、製藥、化學工業等需要精密計算的領域而言,就會變成嚴重的損失,甚至是生產事故。

因此,「千克」這個國際通用的重量單位,需要由一個穩定的量來定義。普朗克常數是現代物理學中的常數之一。

▲ 左三為普朗克,左二為愛因斯坦,圖片來自:維基百科

物理學家普朗克在研究輻射能量的時候,推導出公式 :E = hν,其中 E 是能量,v 是輻射的頻率,h 則是一個常數,最後這個常數被名為普朗克常量(Planck constant)。

這個公式支配著目前人類所能理解的量子現象,可以說普朗克常量打開了現代物理學的大門,改變了當時物理學的研究方向,至今仍深刻影響人類的科學發展。

千克的新定義,將在 2019 年 5 月 20 日開始生效。然而千克並不是第一個被重新定義的國際單位。國際單位制共有七個,分別是:

質量的單位千克電流量的單位安培時間的單位秒發光強度的單位坎德拉物質量的單位摩爾熱力學的單位開爾文長度的單位米其中「秒」的定義,在 1967 年從「 1960 年地球自轉一周時間的 1/86,400」,修改為:銫 133 原子基態的兩個超精細能級間躍遷對應輻射的 9,192,631,770 個周期的持續時間。

▲ 我國研發的銫原子噴泉鍾,圖片來自:中國計量單位研究所

2014 年,中國計量科學研究院 (NIM,以下簡稱中國計量院) 研發的銫原子噴泉鍾獲準參與駕馭原子時。在 2019 年對「秒」重新定義的時候,中國也會參與表決。

1983 年,「米」的定義修改為光在 1/299,792,458 秒內傳播的距離。

由於各個國際單位相互關聯,因此一個的定義被修改後,還會有更多的度量單位也需要跟著更新自己的標準。安培、摩爾和開爾文這些單位的定義也在重新修訂。

縱觀歷史,計量單位一直在更新,驅動其進行迭代的原因,除了像秦始皇統一度量衡這種政治經濟原因,更多是因為技術的進化。計量單位的標磚,從人類可以摸可以看到的實體,到需要藉助儀器才能觀察到的電磁波、原子等,目前進入用量子力學來定義的時代。

這次修訂後的「千克」,將脫離物理實體的束縛。按照業界的計劃,修訂後的國際計量單位,將不僅適用於地球,在其他星球上也同樣適用。

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  • 「千克」迎來的新定義,對我們來說究竟意味著什麼?
    雖然新千克並不會讓超市裡的一公斤白菜變多或變少,但解除國際標準單位對物理實體的依賴,將它們以自然常數進行定義,或許宣告著人類科學真的已經進入了一個新紀元。千克的起源國際千克原件會每 40 年左右與存放在世界各地的「副本」進行比較,以保證該定義方式的精準性,但在 1948 年的比較過程中,科學家們發現,國際千克原件的重量與各副本所衡量的一千克重量存在明顯差異,甚至各個副本所衡量的一千克重量也有所不同,而這種差異則在 1990 年的比較過程中被發現「有了進一步的擴大」。
  • 千克的定義變了 新定義2019年5月20日開始生效
    1kg還是原來那個重量,但它將不是原來那個1kg了。最近,國際計量大會經過投票將千克的定義,修改為以普朗克常數(Planck Constant)相關的一個標準值。而在此之前的一百多年裡,千克的定義一直是法國巴黎國際度量衡局總部地下的一個鉑–銥合金圓柱體。
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    (原標題:明年5月20日起中國啟用新國際單位制,不會對生活產生即時影響「千克」被重新定義 物理教材將修訂)
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    千克新定義生效 我們迎來一個新時代時間:2019-05-20 23:47   來源:今日頭條   責任編輯:毛青青 川北在線核心提示:原標題:千克新定義生效 我們迎來一個新時代 5月20日,是一個非常重要的日子,既是網絡情人節,又是世界計量日。