国际单位制为什么要重新定义

魏星 摘编

國际单位制为什么要重新定义

2018年11月16日，第26届国际计量大会通过“修订国际单位制”决议，正式更新包括国际标准质量单位“千克”在内的4项基本单位定义。新国际单位体系将采用物理常数重新定义质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”和物质的量单位“摩尔”。其中，最受关注的“千克”定义，将以量子力学中的普朗克常数为基准，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。那么你知道为什么要做出这样的改变吗？

在创建国际通用的计量单位体系时，最初是规定1立方分米纯水在4摄氏度时的质量为“1千克”，这是因为当时的科学家发现，水在4摄氏度时的密度最为稳定。然而，以水为标准的质量既不方便又不稳定，所以1889年“千克”被批准由一块39毫米高、底面直径也为39毫米的铂铱合金圆柱体来定义。其中铂含量为90%、铱含量为10%，不仅稳定性强，还具有极强的抗氧化性和抗化学腐蚀性。这个圆柱体学名为“国际千克原器”，被人们亲切称为“大K”。

“大K”自诞生起一直被存放在位于法国巴黎郊区的国际计量局地下储藏室保险箱内并用3层玻璃钟罩保护，最外一层抽成半真空，以防止空气和杂质进入。保险箱也必须由3把钥匙同时打开，而这3把钥匙分别保存在国际计量局局长、国际计量委员会主席和法国国家档案馆馆长手中。迄今“大K”仅“面世”4次，每过40年才取出一次，接受清洗和检查。各国保存的复制品会定期到国际计量局与“大K”进行校准。尽管如此小心翼翼，仍不能如人们所希望的“永不改变”。这种实物基准一般是用工业界所能提供的最好的材料及工艺制成，以保证其稳定性。但是随着科技及工农业的发展，这样的传统计量量值传递检定系统开始反映出许多不足之处。

1992年科学家发现，比起复制品的平均质量，“大K”的体重减少了近50微克。2013年德国《计量学》杂志刊载研究报告称，“大K”因表面遭污染而增重数十微克。科学家借助X射线光谱学成像技术，发现“大K”表面附着数十微克碳基及汞污染。碳可能来源于汽车尾气，汞污染物则来自实验室内偶尔打破的水银温度计和水银气压计。50微克，大约是一粒沙子的十分之一。这一变化对于普通人的生活来说，没有太大影响，但对于精密实验和测量，可能是个大麻烦。而分布在世界各地的原始砝码复制品的重量如今也不尽相同。

由此，经过全球各国国家计量院的多年研究，最终决定将国际测量体系全部建立在不变的自然常数上。至此，国际计量单位制的7个基本单位全部实现由常数定义，这也是改变国际单位制采用实物计量的历史性变革。（魏星摘编自新华网，科普中国-科技前沿大师谈，2018-12-14/作者：童植）