千克定義將“換臉”

2018年11月，第二十六屆世界計量組織大會將在巴黎召開，屆時將對我們所熟知的基本計量單位做出重大調整。千克作為國際單位制中質量的基本單位，將基于普朗克常數進行重新定義，而沿用了129年的國際千克原器也將退出歷史舞臺。

法國的“檔案千克”

千克的出生地為法國。1799年，法國科學家提出了千克的最初定義，即1立方分米純水在最大密度（溫度約為4攝氏度）時的質量為1千克。很顯然，最初的質量單位千克是由法國的長度單位米推導出來的。

根據這個定義制造的第一個千克原器（鉑質），存放于法國巴黎檔案局。因此，這個千克原器也叫“檔案千克”。

國際千克原器

后來，科學家發現這個用純鉑制成的千克原器基準并不十分準確。1878年，國際計量局制造了3個千克原器的復制品，它們為含90%鉑和10%銥的鉑銥合金圓柱體。

國際千克原器

1889年，在第一屆國際計量大會上，大家決定把其中質量最接近原千克原器的一個復制品作為國際千克原器，存放于國際計量局。1901年，第三屆國際計量大會對千克定義做出了明確規定：千克為質量單位，等于國際千克原器的質量。

看上去，國際千克原器只不過是一個圓胖子，高39毫米，底面直徑也是39毫米。不過，這個圓胖子的地位可高了，因為它是所有國家質量標準之源哦！

自此，國際千克原器就一直存放在國際計量局總部（巴黎）的地下室，并且還被嚴密地保存在三重鐘形玻璃罩里，旁邊還有6個同為1千克標準的官方復制品。最外一層玻璃罩內被抽成半真空，以防空氣和雜質的進入。

量子時代的千克基準

然而，在國際單位制7個基本量中，千克是目前唯一依靠實物基準進行復現的。實物基準往往容易受到環境的影響，在長期穩定性方面存在局限性。

國際千克原器經過一百多年歲月的洗禮，其與其他副本之間已經出現了50微克的誤差。這50微克的誤差對我們的日常生活影響微乎其微，但是對尖端科技領域的影響可就不容小覷了。

據悉，一個基于普朗克常數重新定義千克的方案，如果進展順利的話將會成為國際標準。普朗克常數是一個用以描述量子大小的物理常數，在量子力學中占有極其重要的地位，并深刻影響著未來基本單位的科學性、合理性以及精確度。

普朗克常數的高度精密測量需要借助于一種極為復雜的“天平”。這種“天平”叫做瓦特天平。基于普朗克常數定義的千克基準將迎來一場量子化革命，并成為人類認知世界的關鍵性工具。