原器失准 科学界将用物理常数定义“千克”

“1公斤”有多重？近130年来，这一国际标准质量单位一直由一个小铂铱合金圆柱体定义。“国际公斤”被存放在法国首都巴黎西郊的一个地下储藏室里。它无法抵抗岁月和污染带来的细微变化，难以满足现代精密测量的要求。

来自世界各地的数百名科学家计划于16日聚集在巴黎西郊的凡尔赛宫，参加第26届国际计量大会，用物理常数正式定义“千克”，并让昵称为“大K”的圆筒退役。

“大K”结果

法国国家计量和测试研究所所长托马斯·格雷诺说:“千克是最后一个仍然基于物理物体的测量单位。”。“问题是，它经历了许多变迁，其质量将会改变。考虑到我们今天对精确度的要求，这还不够好。”

“大K”与“国际度量”一起诞生。18世纪末，科学家们决定建立一个国际测量单位体系。首先，他们决定采用法国大革命后法国科学院建立的长度单位“米”，即穿过巴黎的地球子午线总长度的四十分之一是“米”。然后，根据大米的定义，1立方分米的纯净水在4摄氏度时的质量被设定为“1千克”。

1889年，第一届国际计量大会决定将直径和高度为39毫米的铂铱合金圆柱体的质量作为国际单位“千克”的基准。各国使用“大K”复制品来纠正质量标准，而“大K”作为原始的“真实”被保存在巴黎西郊“布雷特伊勒宫”的地下储藏室中，并用三层钟形玻璃罩真空密封。打开储藏室的三把钥匙由三个不同国籍的高层人员保管，需要三个人同时打开原装置。

为了防止污染，“大K”每40年取出一次，经过清洗和检查，到目前为止已经“推出”了四次。尽管小心翼翼，但每次检查都发现“大k”质量有细微变化，如空气污染导致的“增重”或氧化导致的“减肥”，因此更新定义的提议被提上日程。

与时俱进

国际计量局局长马丁·米尔顿(Martin Milton)表示，科学家们制定国际计量体系的过程相当合理，“即使我们今天做到了，也不会有太大差异。”然而，从法国大革命到现在，科学的面貌大不相同。

近几十年来，国际计量会议相继修订了几个基本计量单位的定义。例如，长度单位“米”变为光在真空中一秒钟的传播距离，即定义为光秒，一光秒接近300，000公里；自20世纪60年代以来，时间单位“秒”已正式采用铯133原子的电磁波周期相关值。用基本物理常数定义测量单位可以大大提高稳定性和准确性。

本次国际计量会议将淘汰“大K”，并根据量子力学中用来计算光子能量的普朗克常量重新定义“千克”。原理是将移动一个质量为1千克的物体所需的机械力转换成可以用普朗克常数表示的电磁力。

支持更新定义的人说，普朗克常数定义的“千克”比物理基准稳定至少100万倍。

米尔顿向法新社解释道:“据说一公斤土豆不需要太多的精度，但是对于精密科学和工业的许多应用来说，一公斤不再是合适的测量单位。”例如，随着制药和化学工业的发展，越来越多的药物成分需要被测量到微克。

同时，国会将使用物理常数来重新定义电流单位“安培”、度-日“开尔文”和物质的单位“摩尔”。

米尔顿说，尽管“大K”不再是“完美公斤”的基准，但它仍将以现有的保存方式存在。科学界将在未来几十年中观察其重量随着周围环境的变化而发生的变化，以便继续为科学做出贡献。