巴黎国际度量衡大会:为何千克(1公斤)的重量会改变?

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为何千克的重量会改变?

一千克有多少?这并不难,只要有一把称,加重直到指针指向一千克就可以了。但怎么校准称呢?拿一千克物体?这个问题追根究底就像“鸡生蛋还是蛋生鸡”一样。

幸运的是,从1889年起,便诞生了世界标准的“千克”,称为“grand K”, 圆柱体由铂、铱组成,保护在三个钟罩下,由国际度量衡局保管在保险箱中,存于巴黎西部的Saint-Cloud 。“grand K”任务艰巨,因为它关系到全世界的承重标准。拥有自己计量单位的国家时常与“grand K”校准。

比起铁、金、铅,铂、铱的合金理论上更耐久,不变形,不膨胀,原子不丢失,简单来说,理论层面,重量不变化。实际操作上,尽管合金经久耐用,三个钟罩和保险箱都会留下时间的痕迹。因此,千克标准每年浮动1微克(百万分之一克),有时更多有时更少。它的重量波动50微克,也就是…一个指纹的重量。

为什么千克的重量会发生变化?如何拥有稳定的千克重量?

问题在于:如何精确取值一千克?这就是周二第二十六届度量衡大会将要讨论的话题,会议将在凡尔赛举行三天。目的不在于寻找效用更佳、更耐久的材料,而在于重新从数学公式角度定义千克。

在千克之前,米与秒的定义修改计划被提上日程。因为就像千克一样,精心保存在国际度量衡所的“米”单位也在丧失精确度。因此在1983年,米的定义被修改过:比起随时间改变的定义,会议提议采用数学公式。

以前认为一米为北极和赤道间距的1/1000 0000,现在定义为:一米为月亮在太空中移动1/2 9979 2458秒的距离。尽管第一眼看来并不简单,但这个定义十分稳定,不再涉及实验计算,而是通过数学公式得值。所以实际长度不再受定义影响。

“秒”的定义也同样被修正过,在七个基本单位中(千克,秒,米,安培,开尔文,摩尔和坎德拉),有四个基本单位的定义尚未被修改:开尔文,摩尔,安培,和千克。

用普朗克常数定义千克

用于精准并稳定定义千克的数学公式取自普朗克常数(量子物理公式)。已知的的普朗克常数是米、秒和千克的计算基础。用一个简单的等式就可以计算出一千克的重量值。换句话说,我们可以从数学领域给它一个时间不变的具体定义。也许就在专家们给出其他科学发现前……(史艾冉 编译)