是时候重新定义“千克”这个单位了

科学的目标之一是尽一切努力最准确地描述现实。因此，向人们解释质量单位是如何定义的总是很有趣。例如，千克是由塞夫尔国际计量局的铂铱合金圆柱体的质量定义的。

事实上，世界上任何质量和重量都需要以法国的一块为基础，法国有一个恰当的名字——国际千克(IPK)。当千克在1889年改变时，40份正式的实物拷贝被制作并发送到世界各地。人们把千克的比重等同于1000立方厘米的水。

显然，用一个对象来量化一个单位不是一件好事。国际公斤的实际质量总是不同于它的姐妹公斤。1948年和1989年的测量表明，它们的质量一直是不同的。出于不同的原因，或者仅仅是因为它们变脏了，一些变轻了，一些变重了。

这个问题长期困扰着计量人员。如果事物的度量必须精确，千克的定义必须更精确。

“不稳定的程度是可以接受的，但是从科学的角度来看，这有点不寻常，”国家物理实验室的斯图尔特·戴维森博士告诉IFLScience。“近年来，我们生活在几微克的变化中，我们一直在寻找本质上总是保守的东西。”

计量单位由光在1/299，792，458秒内传播的距离定义，而秒由铯原子辐射的特定频率的9，192，631，770次振动定义。有了合适的设备，宇宙中的任何人都可以根据国际系统测量距离和时间。

此外，为了实现质量单位的普遍性，科学家希望能够根据普朗克常数重新定义千克。许多物理公式表明，普朗克常数是联系粒子频率和能量的基本常数。

此时此刻，质量正影响着整个世界。自从国际计量委员会在2011年决定重新定义质量(这是必要的)，研究人员一直在努力寻找一种方法来释放物体质量的定义。

由于不稳定性存在于微克中，当我们试图对大量或少量的物体进行精确测量时，稳定性的重要性是显而易见的。例如，当制药公司测量极少量的活性药物时，基本千克数的差异与测量的数量大致相同，这就导致了问题。

同样，大质量也会受到影响。如果你想精确测量飞机的质量，即使0.01%的不稳定性也会对成本和燃料动力产生巨大影响。

在这种情况下，我们看到了重新定义质量的另一个优势。如果你把质量固定为一个基本常数，你可以定义任何你喜欢的质量(你不会使用千克和那些更细分的单位)。重新定义将提高整体质量等级。

然而，如果你认为重新定义是一个完全简单的过程，那么我们会告诉你一些坏消息。为了接受新的测量方法，国际计量委员会要求三个独立的测量指标，这三个指标至少需要用两种测量方法来完成。这就是事情开始变得有点复杂的地方。

国际电流单位安培被定义为与千克相关的单位。但是电学领域已经找到了一种方法，可以根据特定的量子效应建立安培单位，这种量子效应与普朗克常数有关。

科学家想做的是将安培的定义转换成一个由自身定义的单位，并通过一个基于普朗克常数的电子单位来定义千克。

实现这种测量的工具是众所周知的瓦特天平。这是布赖恩·凯布尔博士在1975年发明的。凯布尔博士今年去世了。为了纪念他，测量工具被重新命名为凯布尔天平。这真是一个非常复杂的平衡。

最近，科学家们致力于高精度测量普朗克常数。一旦成功，Keable天平将用于测量任何物体的质量。

戴维森博士说:“理论上，任何人都可以建立自己的凯伯平衡，做实验，然后不用等就能得到一公斤。”。

阿伏伽德罗常数法是另一种测量千克的方法，千克代表一种物质在特定质量下所含的原子数量。为了通过阿伏伽德罗常数测量千克，必须构建一个完整的由特殊种类硅制成的千克球体，并在不同位置测量其直径5000次。在了解了硅的体积和特性之后，科学家可以简单地计算出原子的数量。

阿伏伽德罗常数的精确估计也是允许的。阿伏伽德罗系统有两个主要优点:第一，它只需要人们计算原子的数量；其次，它是由普朗克常数定义的。

尽管这种测量仍然需要人造物体，但这种测量不仅依赖于特定的物体——关键在于物体的基础，而不是物体本身。然而，这种用硅测量的方法仍有其自身的缺陷。

球形使这个物体不便于操作。另外，它的体积很大，所以你只能在真空环境中测量它的质量(空气质量会造成干扰)。同时，它有一个巨大的表面积，所以它很容易比基本千克脏十倍，导致物体很快变得不准确。

尽管这两项实验越来越接近国际计量委员会的精度要求，但很有可能在2018年第26届国际计量大会上重新定义千克单位。此外，绝对温标开尔文，安培和摩尔也可能在会议上重新定义(他们的定义也急需修订)。

这个球的质量只有1公斤。

蝌蚪工作人员编译自iflscience，译者李，转载必须授权。