“千克”原器失準 國際計量大會將用物理常數重新定義“千克”

【綜合/觀察者網 陸雨聆】“1千克”到底有多重？

一個多世紀以來，這個國際標準質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。但經不住歲月的侵蝕，這件原器已經難以適應現代的精密測量要求，重量早已不再是“1千克”了。

於是，它是時候該“退休”了。據美聯社11月13日消息，11月16日，四年一度的第26屆國際計量大會將在巴黎凡爾賽宮舉行，屆時，數百名科學家將以精確穩定的物理常數重新定義“千克”。

130年來，“大K”一直被藏在巴黎地下  圖源：美聯社下同

報道稱，自1889年第一屆國際計量大會來，一個圓柱體便成為了國際單位“千克”的基準，名為“國際千克原器”（International Prototype of the Kilogram，簡稱IPK），外號“大K”（Grand K）。

不過，這個“大K”卻並不大，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%銥製成的合金。

被取出罩子的“大K”

英國物理學會主辦的新聞網站“物理世界“補充，它的真身一直被保存在巴黎近郊“布勒特伊宮”的地下儲藏室裏，以三層鐘形玻璃罩真空密封。打開儲藏室需要三把不同的鑰匙，由三名不同國籍的高層分別保管，三人同時到場才能取出“大K”。

每隔40年，“大K”都會被取出一次接受清潔和檢查，迄今共“面世”過4次。即便科學家們已經儘可能做到小心翼翼，但歷經滄桑的“大K”還是發生了細微變化：一會因為空氣污染而“變胖”，一會又因為氧化而“變瘦”，誤差以微克來算就顯得比較大了，可達1-2顆塵埃的重量。

科學家給“大K”稱體重

因此，更新定義的建議被提上了日程。美聯社稱，11月16日的新一屆國際計量大會上，科學家們準備讓“大K”卸任，以量子力學中用於計算光子能量的普朗克常數作為新標準，並使用最精確的瓦特天平（Watt Balance）重新定義“千克”。

其原理，是將移動質量1千克物體所需機械力，換算成可用普朗克常數表達的電磁力，再通過質能轉換公式算出質量，精度可達3.4×10^-8，比起“大K”穩定了至少1百萬倍。

國際計量局局長馬丁·米爾頓（Martin Milton）在接受採訪時表示，重新定義千克將是一個值得慶祝的時刻，意味着所有國際標準單位都被新的創意所取代。對於日益發展的計算、製造、製藥、氣候變化研究等精密科學領域來説，把計量單位精確到微克是十分必要的。

不過米爾頓説，他們並不會把退休的“大K”丟棄，而會繼續將它保存在原址，觀察它幾十年後還會有什麼變化。

米爾頓手捧“大K”

與此同時，這屆大會也準備採用物理常數重新定義電流單位“安培”、温度單位“開爾文”和物質的量的單位“摩爾”。加上“千克”，上述幾個新定義預計會在明年上半年正式生效。

報道還介紹，千克是國際單位制7個基本單位中，最後一個仍以實物作為基準的單位。比如，1983年，長度單位“米”改用真空中的光在一秒內行進距離作定義，即光秒，1光秒等於299792458米；1967年，時間單位“秒”正式採用銫133原子的電磁波週期相關數值，1秒為該原子基態在兩個超精細能階之間躍遷時，所輻射的電磁波的週期的9192631770倍的時間。

對於這項變革，坊間也許會有這樣的疑問：

以後去菜市場買土豆，會短斤缺兩嗎？身上的肉肉又會不會變多變少呢？

答案是否定的。

去年，清華大學青年科學家李世松博士曾向《科技日報》解釋，因“千克”重新定義仍以現有千克量值為標準，兩者可實現無縫連接，兩種定義下的質量單位量值能保證連續性。所以，重新定義並不會對我們的日常生活造成影響。