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    观察者网 2018-11-14

    一个多世纪以来,这个国际标准质量单位都是由一块高尔夫球大小的铂铱合金圆柱体 " 大 K" 定义。但经不住岁月的侵蚀,这件原器已经难以适应现代的精密测量要求,重量早已不再是 "1 千克 " 了。

    于是,它是时候该 " 退休 " 了。据美联社 11 月 13 日消息,11 月 16 日,四年一度的第 26 届国际计量大会将在巴黎凡尔赛宫举行,届时,数百名科学家将以精确稳定的物理常数重新定义 " 千克 "。

    130 年来," 大 K" 一直被藏在巴黎地下 图源:美联社下同

    报道称,自 1889 年第一届国际计量大会来,一个圆柱体便成为了国际单位 " 千克 " 的基准,名为 " 国际千克原器 "(International Prototype of the Kilogram,简称 IPK),外号 " 大 K"(Grand K)。

    不过,这个 " 大 K" 却并不大,只有高尔夫球大小,是一块直径和高度同为 39 毫米、由 90% 铂和 10% 铱制成的合金。

    被取出罩子的 " 大 K"

    英国物理学会主办的新闻网站 " 物理世界 " 补充,它的真身一直被保存在巴黎近郊 " 布勒特伊宫 " 的地下储藏室里,以三层钟形玻璃罩真空密封。打开储藏室需要三把不同的钥匙,由三名不同国籍的高层分别保管,三人同时到场才能取出 " 大 K"。

    每隔 40 年," 大 K" 都会被取出一次接受清洁和检查,迄今共 " 面世 " 过 4 次。即便科学家们已经尽可能做到小心翼翼,但历经沧桑的 " 大 K" 还是发生了细微变化:一会因为空气污染而 " 变胖 ",一会又因为氧化而 " 变瘦 ",误差以微克来算就显得比较大了,可达 1-2 颗尘埃的重量。

    科学家给 " 大 K" 称体重

    因此,更新定义的建议被提上了日程。美联社称,11 月 16 日的新一届国际计量大会上,科学家们准备让 " 大 K" 卸任,以量子力学中用于计算光子能量的普朗克常数作为新标准,并使用最精确的瓦特天平(Watt Balance)重新定义 " 千克 "。

    其原理,是将移动质量 1 千克物体所需机械力,换算成可用普朗克常数表达的电磁力,再通过质能转换公式算出质量,精度可达 3.4×10^-8,比起 " 大 K" 稳定了至少 1 百万倍。

    国际计量局局长马丁 · 米尔顿(Martin Milton)在接受采访时表示,重新定义千克将是一个值得庆祝的时刻,意味着所有国际标准单位都被新的创意所取代。对于日益发展的计算、制造、制药、气候变化研究等精密科学领域来说,把计量单位精确到微克是十分必要的。

    不过米尔顿说,他们并不会把退休的 " 大 K" 丢弃,而会继续将它保存在原址,观察它几十年后还会有什么变化。

    米尔顿手捧 " 大 K"

    与此同时,这届大会也准备采用物理常数重新定义电流单位 " 安培 "、温度单位 " 开尔文 " 和物质的量的单位 " 摩尔 "。加上 " 千克 ",上述几个新定义预计会在明年上半年正式生效。

    报道还介绍,千克是国际单位制 7 个基本单位中,最后一个仍以实物作为基准的单位。比如,1983 年,长度单位 " 米 " 改用真空中的光在一秒内行进距离,即光秒,1 光秒等于 299792458 米;1967 年,时间单位 " 秒 " 正式采用铯 133 原子的电磁波周期相关数值,1 秒为该原子基态在两个超精细能阶之间跃迁时,所辐射的电磁波的周期的 9192631770 倍的时间。

    对于这项变革,坊间也许会有这样的疑问:

    以后去菜市场买土豆,会短斤缺两吗?身上的肉肉又会不会变多变少呢?

    答案是否定的。

    去年,清华大学青年科学家李世松博士曾向《科技日报》解释,因千克重新定义仍以现有千克量值为标准,两者可实现无缝连接,两种定义下的质量单位量值能保证连续性。而且,普朗克常数的测量精度至少要达到 2×10-8,所以千克重新定义并不会对我们的日常生活造成影响。

    (编辑 高霞)


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