给千克重新定义

孟月

千克的标准在改变！

1千克将不再是1千克了！

不管你信不信，事实确实如此。被全世界尊奉为质量度量标准的千克原器，辜负了人们对它的信任，它在逐年变轻。

1889年，法国巴黎召开了第一届国际计量大会。为了统一计量单位，大会把国际单位制中度量和质量的基本单位“千克”定义为：“等于国际千克原器的质量。”从此，全世界的质量计量标准实现了大一统。

千克原器是用9∶1的铂铱合金制成的、高和直径都为3.9厘米的圆柱体。圆柱体的形状让它的表面积尽量减少，从而较大程度降低附着污染物对它的影响；铂铱合金的材质膨胀率低、不易氧化。它被藏在重重防护下的恒温恒压的储藏室里，外有3层钟形玻璃罩，最外一层是半真空的，以防空气和杂质进入。储藏室的钢门需要3把钥匙才能打开。钥匙分别攥在国际计量局局长、国际计量委员会主席和法国外交部部长手里。每隔40年，科学家会用麂皮填料钳，将它从所在的位置上取出，用在乙醇和乙醚中浸泡过的布擦拭它的表面，再仔细用蒸汽将它清洗干净。

各个国家的千克原器复制品，每隔20年就会被人从各个国家聚集到一起，与巴黎的千克原器进行校准，以确定误差和稳定性。以这样的校正来确保全世界称重仪器的准确和统一，比如各个实验室的天平、工厂的货秤，以及我们常用的体重秤。

就这样平安地度过了100多年。近年来，科学家失望地发现，比起复制品的平均质量，千克原器竟减少了近50微克，并且还在持续减轻。虽然变化量仅相当于一粒小细沙的重量，它却震惊了整个科学界，让人们开始恐慌。佐治亚理工学院物理系的名誉退休教授罗纳德·福克斯说：“对用远远低于十亿分之一秒来计算时间和远远小于微毫米的长度来计算距离的世界来说，这个减轻的数值会产生巨大影响。”

科学界不得不做出告别使用千克原器的决定，可是怎样保证新的定义与原来的完全一致呢？来自很多国家的科学家参与了这个课题的讨论，其中有两个提议引起了人们的注意：第一，用纯硅原子球体取代铂铱混合圆柱体；第二，利用已知的“瓦特天平”装置和电磁能来重新定义千克。这两种方法都是在现有标准的基础上进行改进的。

很快，就有科学家发出其他倡议，如福克斯的提议是，从今以后，克被严格地定义成18×14074481个碳12原子的重量。目前，美国、英国、德国、意大利、日本等众多国家的科学家，都在积极探索更标准、更合理的方法去定义千克。

意大利国家计量科学研究院的乔凡尼·法力和其他研究人员测得了新的阿伏伽德罗常数。他们采取的测量方法是计数1千克重的高纯硅28球体中有多少个原子。当硅结晶时，它会形成规律的晶格结构，每个基本的晶胞中含有8个硅原子。如果能分别得知硅晶体总的体积及每一个硅原子所占的体积，就可以计算出其中硅原子的数量。这一评估结果能够用于量化普朗克常数，并且帮助科学家以纯数学常量的形式重新定义千克。预计，科学家将于2018年发布重新定义的千克概念的消息。