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【綜合/觀察者網(wǎng) 陸雨聆】“1千克”到底有多重？

一個(gè)多世紀(jì)以來，這個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)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(jīng)不住歲月的侵蝕，這件原器已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代的精密測(cè)量要求，重量早已不再是“1千克”了。

于是，它是時(shí)候該“退休”了。據(jù)美聯(lián)社11月13日消息，11月16日，四年一度的第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)將在巴黎凡爾賽宮舉行，屆時(shí)，數(shù)百名科學(xué)家將以精確穩(wěn)定的物理常數(shù)重新定義“千克”。

130年來，“大K”一直被藏在巴黎地下  圖源：美聯(lián)社下同

報(bào)道稱，自1889年第一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)來，一個(gè)圓柱體便成為了國(guó)際單位“千克”的基準(zhǔn)，名為“國(guó)際千克原器”（International Prototype of the Kilogram，簡(jiǎn)稱IPK），外號(hào)“大K”（Grand K）。

不過，這個(gè)“大K”卻并不大，只有高爾夫球大小，是一塊直徑和高度同為39毫米、由90%鉑和10%銥制成的合金。

被取出罩子的“大K”

英國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦的新聞網(wǎng)站“物理世界“補(bǔ)充，它的真身一直被保存在巴黎近郊“布勒特伊宮”的地下儲(chǔ)藏室里，以三層鐘形玻璃罩真空密封。打開儲(chǔ)藏室需要三把不同的鑰匙，由三名不同國(guó)籍的高層分別保管，三人同時(shí)到場(chǎng)才能取出“大K”。

每隔40年，“大K”都會(huì)被取出一次接受清潔和檢查，迄今共“面世”過4次。即便科學(xué)家們已經(jīng)盡可能做到小心翼翼，但歷經(jīng)滄桑的“大K”還是發(fā)生了細(xì)微變化：一會(huì)因?yàn)榭諝馕廴径白兣帧?，一?huì)又因?yàn)檠趸白兪荨保?strong>誤差以微克來算就顯得比較大了，可達(dá)1-2顆塵埃的重量。

科學(xué)家給“大K”稱體重

因此，更新定義的建議被提上了日程。美聯(lián)社稱，11月16日的新一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，科學(xué)家們準(zhǔn)備讓“大K”卸任，以量子力學(xué)中用于計(jì)算光子能量的普朗克常數(shù)作為新標(biāo)準(zhǔn)，并使用最精確的瓦特天平（Watt Balance）重新定義“千克”。

其原理，是將移動(dòng)質(zhì)量1千克物體所需機(jī)械力，換算成可用普朗克常數(shù)表達(dá)的電磁力，再通過質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式算出質(zhì)量，精度可達(dá)3.4×10^-8，比起“大K”穩(wěn)定了至少1百萬倍。

國(guó)際計(jì)量局局長(zhǎng)馬丁·米爾頓（Martin Milton）在接受采訪時(shí)表示，重新定義千克將是一個(gè)值得慶祝的時(shí)刻，意味著所有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位都被新的創(chuàng)意所取代。對(duì)于日益發(fā)展的計(jì)算、制造、制藥、氣候變化研究等精密科學(xué)領(lǐng)域來說，把計(jì)量單位精確到微克是十分必要的。

不過米爾頓說，他們并不會(huì)把退休的“大K”丟棄，而會(huì)繼續(xù)將它保存在原址，觀察它幾十年后還會(huì)有什么變化。

米爾頓手捧“大K”

與此同時(shí)，這屆大會(huì)也準(zhǔn)備采用物理常數(shù)重新定義電流單位“安培”、溫度單位“開爾文”和物質(zhì)的量的單位“摩爾”。加上“千克”，上述幾個(gè)新定義預(yù)計(jì)會(huì)在明年上半年正式生效。

報(bào)道還介紹，千克是國(guó)際單位制7個(gè)基本單位中，最后一個(gè)仍以實(shí)物作為基準(zhǔn)的單位。比如，1983年，長(zhǎng)度單位“米”改用真空中的光在一秒內(nèi)行進(jìn)距離作定義，即光秒，1光秒等于299792458米；1967年，時(shí)間單位“秒”正式采用銫133原子的電磁波周期相關(guān)數(shù)值，1秒為該原子基態(tài)在兩個(gè)超精細(xì)能階之間躍遷時(shí)，所輻射的電磁波的周期的9192631770倍的時(shí)間。

對(duì)于這項(xiàng)變革，坊間也許會(huì)有這樣的疑問：

以后去菜市場(chǎng)買土豆，會(huì)短斤缺兩嗎？身上的肉肉又會(huì)不會(huì)變多變少呢？

答案是否定的。

去年，清華大學(xué)青年科學(xué)家李世松博士曾向《科技日?qǐng)?bào)》解釋，因“千克”重新定義仍以現(xiàn)有千克量值為標(biāo)準(zhǔn)，兩者可實(shí)現(xiàn)無縫連接，兩種定義下的質(zhì)量單位量值能保證連續(xù)性。所以，重新定義并不會(huì)對(duì)我們的日常生活造成影響。