“千克”原器失准将退役,将用物理常数定义“千克”
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商圣科技01月19日消息:

“千克”原器失准将退役,将用物理常数定义“千克”

(国际千克原器)

“1千克”多重?

这一国际标准质量单位近130年来由一个小巧的铂铱合金圆柱体定义。

这一“国际千克原器”保存在法国首都巴黎西郊一间地下储藏室内,挡不住岁月和污染导致的细微变化,难以适应现代精密测量要求。

全球数百名科学家定于16日汇聚巴黎西郊凡尔赛宫,参加第26届国际计量大会,正式以一个物理常数定义“千克”,让那块外号“大K”的圆柱体退役。

“大K”卸任

“千克是最后一个仍以实物作为基准的计量单位,”法国国家计量与测试研究所所长托马斯·格勒农说,“问题是它历经沧桑,质量会变化。鉴于我们今天的(计量)精准度需求,这不够好。”

“大K”随“国际米制”而诞生。科学家18世纪末决定创建国际通用的计量单位体系,首先确定采用法国科学院在法国大革命后制定的长度单位“米”,即经过巴黎的地球子午线全长四千万分之一为“1米”;随后依据米的定义,规定1立方分米纯水在4摄氏度时的质量为“1千克”。

1889年第一届国际计量大会决定,把一个直径和高度同为39毫米的铂铱合金圆柱体质量作为国际单位“千克”基准。各国用“大K”复制品校正质量标准,而作为原器“真身”的“大K”保存在巴黎西郊“布勒特伊宫”地下储藏室,以三层钟形玻璃罩真空密封。打开储藏室的三把钥匙由三名不同国籍高层人士分别保管,取出原器时需要三人同时开锁。

为防范污染,“大K”每过40年取出一次,接受清洗和检查,迄今“面世”4次。尽管小心翼翼,每一次检查都发现“大K”质量细微变化,如因为受空气污染而“增重”,或因氧化而“减重”,更新定义的建议因而提上日程。

与时俱进

国际计量局局长马丁·米尔顿说,科学家当时制定国际米制的过程相当合理,“即便我们今天做,不会有太多不同”。然而,从法国大革命到现在,科学的面貌大为不同。

国际计量大会近几十年先后修改多个基本计量单位的定义。比如,长度单位“米”改用真空中的光在一秒内行进距离、即以光秒作定义,1光秒接近30万千米;时间单位“秒”自20世纪60年代起正式采用铯133原子的电磁波周期相关数值。以基本物理常数定义计量单位,可大大提高稳定性和精确度。

这一届国际计量大会准备让“大K”卸任,以量子力学中用于计算光子能量的普朗克常数数值为基准,重新定义“千克”,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。

支持更新定义者说,用普朗克常数定义“千克”比实物基准稳定至少100万倍。

米尔顿向法新社记者解释:“称1千克土豆不需要多高的精确度,但对精密科学和工业的多类应用,1千克不再是合适的计量单位。”比如,随着医药和化学工业发展,越来越多药品成分的测量需要精细到微克。

这届大会同时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”。

米尔顿说,“大K”尽管不再是“完美的千克”基准,仍将以现有保存方式存在。科学界将在今后数十年观察它随着周围环境改变而发生的重量变化,让它继续为科学做贡献。

编辑:沈严


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