“千克”原器失准 国际计量大会将用物理常数重新定义“千克”

【综合/观察者网 陆雨聆】“1千克”到底有多重？

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作定义，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。所以，重新定义并不会对我们的日常生活造成影响。