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你到底有多重?明天就会有新的“1千克”参照基准

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你到底有多重?明天就会有新的“1千克”参照基准

“如果外星人到访地球,我们除了物理也没什么好谈的吧?但如果要谈论物理学,我们必须就一组单位达成一致。假如我们介绍说质量单位是基于巴黎的一坨金属,那我们会成为全宇宙的笑柄。”

国际千克原器。图片来源:视觉中国

过去一百多年里,地球人对“千克”(kilogram)的定义都基于存放在法国巴黎的一个小型金属圆柱体——即神圣不可侵犯的“国际千克原器”。自1889年在巴黎召开的第一届国际计量大会(CGPM)以来,这个昵称“大K”(Le Grand K)的圆柱体就是质量单位“千克”的基准。

尽管人们小心翼翼地保护着“国际千克原器”,像俄罗斯套娃一样把它锁起来,但它的重量还是发生了轻微变化:也许是因为空气分子作祟,又或者是因为技术人员在排除空气分子影响时用力过头。总之一句话,它已经不适合再作为“千克”的标准。本周五,四年一度的国际计量大会的表决后,“国际千克原器”将惨遭抛弃,更加稳定的物理学常数会取而代之。

参加表决的物理学家施拉姆明格(Stephan Schlamminger)对《卫报》表示:“如果外星人到访地球,我们除了物理也没什么好谈的吧?但如果要谈论物理学,我们必须就一组单位达成一致。假如我们介绍说质量单位是基于巴黎的一坨金属,那我们会成为全宇宙的笑柄。”

回溯历史,这“一坨金属”也曾是最先进的标准。200多年前,伴随着国际贸易的发展,各国亟需一套公用的计量单位系统,以国王鞋码为准的单位制度已经不够用了。到了18世纪后期,法国国王路易十六委托科学家们确定更精确的计量系统。

随后,“1米”被定义为从北极到赤道距离的千万分之一,而“1千克”是1升液体水的质量。1799年,当拿破仑拿到法国学者测定的标准“1米”时,他宣称:

征服终将成为过眼云烟,但这项成就会永垂不朽。

但新的问题又出现了:在真空中测量液体重量也并非易事。为了使这些单位更加实用,他们都被实物所指代:某一根金属棒的长度为标准的1米,一个金属体的重量代表1千克。该方案最终在1875年发展为国际单位制(SI),由七个基本单位组成:

米代表距离、秒代表时间、千克代表质量、摩尔代表物质的量、安培代表电流、开尔文代表温度、坎德拉代表发光强度。​

每隔40年,象征着“1千克”的铂铱合金圆柱体便会被用来和其他分散在各国的副本校准。但随着它的重量出现变化——损失了大概一根睫毛的重量,再用这个金属体校准便不合时宜。

美国国家物理实验室声明解释说:“在测量一袋糖时,这(重量变化)是可以接受的。但对于更复杂的科学来说,比如在测量药物剂量时,这就不可接受了。”

本周五的表决预计将获得通过,“千克”的新定义将基于普朗克常数。使用物理常数来关联定义千克,将确保它的可靠性,并使得质量测量在未来变得更加精确。

​值得注意的是,人类也经常对其他单位的表述进行调整。1983年,“米”的最新定义变成:“光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所经路程的长度”。本届国际计量大会后,安培、摩尔,以及开尔文会与千克一起得到新定义。获得批准后,新定义将在明年5月20日的世界计量日生效。

国际计量局(BIPM)主任马丁·米尔顿(Martin Milton)在接受美联社采访时指出,千克是最后一个基于物理人工制品的基本单位。“所有其他的东西都已得到回收、替换或改进。而上一次的改进还要追溯到1875年设定的最初理念。这算是对当年所做的一切的致敬:它维持了这么长时间……这是一个值得庆祝的时刻。”

国际计量局的职责从支持药物和食品纯度的化学工作,再到协调世界时间,不一而足。​米尔顿表示,在全球化社会里,工业需求总是在变化,科学家总是在扩大人类知识的范围,计量学永远不会过时,也不能停滞不前。

未经正式授权严禁转载本文,侵权必究。

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你到底有多重?明天就会有新的“1千克”参照基准

“如果外星人到访地球,我们除了物理也没什么好谈的吧?但如果要谈论物理学,我们必须就一组单位达成一致。假如我们介绍说质量单位是基于巴黎的一坨金属,那我们会成为全宇宙的笑柄。”

国际千克原器。图片来源:视觉中国

过去一百多年里,地球人对“千克”(kilogram)的定义都基于存放在法国巴黎的一个小型金属圆柱体——即神圣不可侵犯的“国际千克原器”。自1889年在巴黎召开的第一届国际计量大会(CGPM)以来,这个昵称“大K”(Le Grand K)的圆柱体就是质量单位“千克”的基准。

尽管人们小心翼翼地保护着“国际千克原器”,像俄罗斯套娃一样把它锁起来,但它的重量还是发生了轻微变化:也许是因为空气分子作祟,又或者是因为技术人员在排除空气分子影响时用力过头。总之一句话,它已经不适合再作为“千克”的标准。本周五,四年一度的国际计量大会的表决后,“国际千克原器”将惨遭抛弃,更加稳定的物理学常数会取而代之。

参加表决的物理学家施拉姆明格(Stephan Schlamminger)对《卫报》表示:“如果外星人到访地球,我们除了物理也没什么好谈的吧?但如果要谈论物理学,我们必须就一组单位达成一致。假如我们介绍说质量单位是基于巴黎的一坨金属,那我们会成为全宇宙的笑柄。”

回溯历史,这“一坨金属”也曾是最先进的标准。200多年前,伴随着国际贸易的发展,各国亟需一套公用的计量单位系统,以国王鞋码为准的单位制度已经不够用了。到了18世纪后期,法国国王路易十六委托科学家们确定更精确的计量系统。

随后,“1米”被定义为从北极到赤道距离的千万分之一,而“1千克”是1升液体水的质量。1799年,当拿破仑拿到法国学者测定的标准“1米”时,他宣称:

征服终将成为过眼云烟,但这项成就会永垂不朽。

但新的问题又出现了:在真空中测量液体重量也并非易事。为了使这些单位更加实用,他们都被实物所指代:某一根金属棒的长度为标准的1米,一个金属体的重量代表1千克。该方案最终在1875年发展为国际单位制(SI),由七个基本单位组成:

米代表距离、秒代表时间、千克代表质量、摩尔代表物质的量、安培代表电流、开尔文代表温度、坎德拉代表发光强度。​

每隔40年,象征着“1千克”的铂铱合金圆柱体便会被用来和其他分散在各国的副本校准。但随着它的重量出现变化——损失了大概一根睫毛的重量,再用这个金属体校准便不合时宜。

美国国家物理实验室声明解释说:“在测量一袋糖时,这(重量变化)是可以接受的。但对于更复杂的科学来说,比如在测量药物剂量时,这就不可接受了。”

本周五的表决预计将获得通过,“千克”的新定义将基于普朗克常数。使用物理常数来关联定义千克,将确保它的可靠性,并使得质量测量在未来变得更加精确。

​值得注意的是,人类也经常对其他单位的表述进行调整。1983年,“米”的最新定义变成:“光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所经路程的长度”。本届国际计量大会后,安培、摩尔,以及开尔文会与千克一起得到新定义。获得批准后,新定义将在明年5月20日的世界计量日生效。

国际计量局(BIPM)主任马丁·米尔顿(Martin Milton)在接受美联社采访时指出,千克是最后一个基于物理人工制品的基本单位。“所有其他的东西都已得到回收、替换或改进。而上一次的改进还要追溯到1875年设定的最初理念。这算是对当年所做的一切的致敬:它维持了这么长时间……这是一个值得庆祝的时刻。”

国际计量局的职责从支持药物和食品纯度的化学工作,再到协调世界时间,不一而足。​米尔顿表示,在全球化社会里,工业需求总是在变化,科学家总是在扩大人类知识的范围,计量学永远不会过时,也不能停滞不前。

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