一千克有多重

　　一千克有多重？看上去這很像一個特白癡的問題。事實上，要給出準確答案麻煩大著呢。最簡單的做法就是取一升純水，當處于密度最大時（在溫度為３．９８４ ℃的條件下），它的質量即為一千克。由于地球引力下質量與重量等值，那么這一升純水就是一千克重。看上去似乎簡單，但要取得絕對純的水并非易事，更何況誰也不能保證溫度的測量沒有任何誤差。而在科技水平相對低下的古代，要表達一千克到底有多重則“粗獷”得多。秦始皇統一度量衡時，重量的單位是斤、兩、銖等，確定的實物依據是黍。按照那時候的標準，現在的一千克大約相當于７６８００粒成熟飽滿的黍，真夠人數到手發軟的。
　　現在通用的千克標準，是以１８８９年英國鑄造的白金柱的重量來定義的。我們稱之為國際千克原器。這個白金柱由鉑和銥混合鑄造，被認為是最標準的一千克重量，并以此調校各種精密的稱重儀器。世界上所有使用公制計量單位的國家和地區全部依照它來確定一千克的質量和重量。它一直被安放在法國巴黎塞夫爾一座城堡中，有大批保安看守，保險箱上了三道鎖，鑰匙分別由不同的人掌管，每年只打開一次，每次都形式隆重，會動用大批警衛。從誕生到現在，千克原器共復制了８０個，發放給使用公制的國家和地區。它一度還是主權的象征，比如日本在二戰戰敗后，就被迫交出了原先領回去的千克原器。
　　然而誰也沒有想到，如此神圣的千克原器卻暗地里玩起了短斤少兩的伎倆來。進入２１世紀后，科學家將其跟其他重量參照物對比后得出結論，這個白金柱變輕（質量減少）了。雖然只是５０毫克——不到一粒鹽的重量，但還是讓人嚇出了4d6a67ffcc59a1899530f24551190ed68e21805ec308749c2344c5c2d61c03a1一身冷汗。在菜市場上，我們或許不會因為少了這么點秤而與小販爭執不休，在追求精確的科學領域卻不得不“錙銖必較”。測量已經成為一種競爭，誰能最大限度地減少誤差，誰就搶占了制高點。美國之所以很多科技都領先世界，正是由于掌握了精確的測量技術。有科學家甚至警告說，千克標準物的減輕，將給人類的科學研究帶來重大的潛在混亂與危險。
　　雖然現在一千克到底有多重還是取決于躺在保險箱里的那塊金屬，但很顯然它已經不再足夠可靠，也漸漸失去了信任。其實就算它沒有減輕，這種以有形物體來標定千克的方法也被認為已然落后。現在，其他基本單位都已經用恒定的自然現象來定義。這種定義的優勢在于，自然現象是科學內在規律，不會發生任何改變。比如說“米”是用光在特定條件下走的距離來定義的，而光既不會熱脹，也不會冷縮。同樣重要的是，用這種方法測量好的標準可以在其他地方復原，不需要依賴模本。可千克呢？一百多年來裹足不前，始終是由一架天平和一塊被人當寶貝的金屬來告訴我們一千克有多重。
　　“千克就像是整個度量衡體系白色茄克衫上的黑污點”，是時候該抹掉了。“原子數目法”和“瓦特平衡法”的出現，就是為了扮演好刷子的角色。
　　為了把千克標準定義在原子數量層面上，科學家用９９．９９％的硅２８制造了一個球體。這個硅球體的一個特點就是很圓，“如果地球有這么圓，那么最高的部分——珠穆朗瑪峰，只有４米高。”這可能是人類歷史上手工做出的最圓的球體。硅制球質量極度接近一千克，形狀為正球體。為了做這個硅球體，科學家們耗時５年，總花費近２００萬歐元。這也難怪躺在巴黎的那個白金柱每次走出保險箱都如臨大敵。
　　硅球體的誕生僅僅是個開始，接下來幾年，科學家將致力于精確計算出其原子數目。雖然不用像秦人數黍那樣一粒一粒去掰，只要弄清楚這個球體的精確尺寸、原子之間的距離等，就能計算出具體數量了，但這個工作還是會十分繁重，難度甚至大大超過球體制造過程。當知道這個無限接近一千克的球體包含多少數量的硅原子后，我們便沒有必要再使用國際千克原器來確定“一千克”。千克將與時俱進，和米、秒等一起成為用物理常量所定義的度量單位。
　　盡管制造者不辭辛勞，但很多人并不看好這個硅球體。他們認為，在人類現有技術上，把千克定義在原子層面似乎是不現實的。雖然原子本身的穩定性通常是確信不疑的，但是當單個原子脫落時，標準物就會立即變得不準確。因此質疑者說，那個花５年時間做出來的“最圓球體”跟放在巴黎的白金柱相比，不過是用一個有問題的物理標準取代另一個有問題的物理標準。于是一種叫“瓦特平衡法”的新思路被普遍看好。
　　“瓦特平衡法”是用電磁力來定義千克。與球體直徑等物理特性相比，能量測量產生的誤差會更小，也比數原子數目來得容易。比如，要測量多大的電磁力來平衡一千克的重力，只需準確地測定出實驗所在位置的地球重力場，就能夠取得推動一千克所需力量的數據。而這個數據就能表達一千克的重量。只是“瓦特平衡法”要在與硅球體的競爭中取得先機仍舊困難重重，因為地球重力場的測定也十分復雜，必須考慮潮汐等自然運動。
　　編輯/梁宇清