千克换千克，有啥不一样？

这位前公斤级“老板”129年的荣耀和雄心终于在2018年11月16日确定下来。

随着第26届国际计量大会的投票，基于普朗克常数的千克定义将被写入计量发展史。

用科学公式代替物理模型来完成“以公斤代公斤”的改进在哪里？

千克的定义走向量子时代(网络图)

一公斤的原始设备被称为世界。

国际公斤原型保存在巴黎西郊国际计量局的地下室，用一个神秘的三重钟形玻璃盖包着，一度被认为是世界上最先进的质量标准。

千克原件也被称为“大k”，并附有六份正式副本作为“继承人”和“备用零件”。

在世人眼中，这一公斤的最高标准具有极其神圣的地位。有三把钥匙存放在不同的地方，在打开保险库看“大k”之前，所有的钥匙都必须存在。

国际千克发电机(网络图)

根据图，国际公斤装置只是一个高39毫米、底径39毫米的圆胖男人。但这个圆胖男人是所有国家质量标准的来源！

千克的前世

为什么“国际公斤”保存在法国？这与“国际公斤”的起源有关。

1799年，法国科学家提出了千克的原始定义，即质量为1立方分米的纯水在最大密度(温度约为4摄氏度)下为1千克。显然，最初的千克质量单位是从起源于法国的长度单位米推导出来的。此外，法国已经用纯铂制作了千克原型标准。

后来，科学家发现千克的基准不准确。1878年，国际计量局制作了三个原始千克的复制品，即含有90%铂和10%铱的铂铱合金圆柱体。

1889年，在第一届国际计量大会上，决定将最接近原千克的三种重量中的一种作为国际千克，并将其储存在国际计量局。在最外面的玻璃罩中抽入半真空，以防止空气和杂质进入。

为什么是“千克对千克”？

2018年世界计量日的主题是“无尽的进步——国际单位制的量子进化”。随着量子计量标准的出现，为计量标准的进步提供了一个新的视角。

量子计量基准是国际单位制的发展方向，预计将推动计量科学的革命性变革。这对于千克基准的替换更有实际意义，因为千克是基于物理工件基准定义的最后一个基本单位。

作为回应，投票物理学家施拉姆·明格告诉《卫报》:“如果外星人造访地球，我们除了物理没什么可谈的，对吗？但是如果我们想谈论物理，我们必须就一组单元达成一致。如果我们引入质量单位是基于巴黎的一块金属，那么我们将成为整个宇宙的笑柄。”

物理物理标准的缺点是显而易见的，其中误差是一个主要因素。即使“大K”储存在三重钟罩下，表面吸附和多年使用造成的磨损和划痕仍会产生一定的误差。

千克原设备退役(照片:translate.sogoucdn.com)

经过100多年的洗礼，国际千克与其复制品之间出现了50微克的误差。也许，这50微克的误差对我们的日常生活影响不大，但在尖端科技领域，影响却很大。

因此，以自然常数为基准重新定义“千克”成为国际计量界最重要的任务之一。正是在这种背景下，普朗克常数进入了“千克”定义的前景。

接近普朗克常数

普朗克常数是用来描述量子大小的物理常数，在量子力学中占有极其重要的地位。然而，普朗克常数需要通过实验来确定，因此其精度取决于实验仪器的测量精度。

那么，普朗克常数和宏观质量有什么关系呢？事实上，质量是通过瓦特平衡联系在一起的。

简而言之，瓦特天平是一个复杂的天平，它把以米、千克和秒为单位测量的机械功率与电功率联系起来，电功率变量中的电压和电阻都与普朗克常数有关。

瓦特天平是由凯布尔博士发明的，所以也被称为凯布尔天平。凯布尔是英国著名的实验物理学家，长期致力于物理常数的精确测量和国际单位制基本单位的实现。

布莱恩·基布尔，1938-2016(网络图)

凯布尔在国家物理实验室工作了30年，对安培、伏特、欧姆、千克和其他单位的定义做出了重要贡献。

瓦特天平有两种测量模式:静态模式和运动模式。使用这两种测量模式，可以构建新的天平。普朗克常数的精确值可以通过联立方程求解。

BIPM瓦特天平测量示意图(静态模式)

计量基准的量化一直被认为是国际计量科学的前沿课题，具有明显的优势。不仅精度较高，而且可以根据相同的原理在不同的地方复制。征服千克这一最后的物理基准“堡垒”，无疑具有深远的意义。

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参考:

[1]界面新闻。你多少钱？明天将有一个新的“1kg”参考标准，编号100，2018-115。

[2]跨。庞伟，蒂姆·福尔杰原创，全球科学。最困难的实验重新定义了最基本的单位。《科普测量之窗》，2017年6月30日。

【3】https://translate . sogoucdn . com/pcvtsnapshot？URL = https % 3A % 2F % 2Fww . nwaonline . com % 2Fnews % 2F 2018% 2Fnov % 2F 14% 2F计量-一公斤换一换-20181% 2F & from = en & to = zh-CHS & TFR = English PC & DomainType =搜狗。