計量論壇

標(biāo)題: 別了，126歲的“千克” [打印本頁]

作者: 新聞專員 時間: 2015-10-28 09:00
標(biāo)題: 別了，126歲的“千克”

國際千克原器

　　天氣轉(zhuǎn)寒，正是重食補(bǔ)、貼秋膘的季節(jié)。人們紛紛撲向熱氣騰騰的烤魚、羊湯和肥牛，又不得不面對一個充滿惡意的問題：你長胖了幾千克？

　　俗話說“美女不過百（斤）”，多少女中豪杰跟“50千克”較上了勁。想要保持體重著實不易，但撼動鐵面無私的稱重系統(tǒng)，還真不是沒有可能。

　　日前，國際計量委員會（CIMP）的科學(xué)家們宣布，他們終于確立了定義“千克（kg）”這一質(zhì)量基本單位的新方法。物理常數(shù)普朗克常量將會接替現(xiàn)用的千克標(biāo)準(zhǔn)——國際千克原器“大K”（Le Grand K），承擔(dān)起對千克進(jìn)行定義的職責(zé)。

　　10月15日和16日，國際計量委員會在巴黎舉行會議，探討了下一步的具體舉措。

　　這么說來，千克要變了？

　　消息傳來，非科學(xué)界人士也跟著激動。“我就指望這個讓我體重下降到100斤了。”一名女網(wǎng)友飛快地轉(zhuǎn)發(fā)了這條新聞。

　　還有人腦洞大開：“如果以一只青島大蝦為基礎(chǔ)來定義質(zhì)量，鄙人體重約為1400只青島大蝦。”

　　快醒一醒！科學(xué)家們?yōu)橹量鄪^斗數(shù)十載，可不是為了讓你分分鐘切換進(jìn)“小量級”。

　　大部分人不曾見過或聽過國際千克原器，但它實際上無處不在

　　憑什么你的體重就叫“50千克”？如果非要質(zhì)問的話，國際千克原器大K就是你要找的對象。

　　大部分人從不曾見過或聽說過它，但它實際上無處不在。在菜市場稱蔬菜瓜果，為大型汽車輪船測定載重，或是為太陽系外的行星乃至星系估算質(zhì)量——在這個世界上，對任何物體的質(zhì)量測定都要追溯到這個39毫米高、底面直徑也為39毫米的貌不驚人的金屬圓柱體上來。

　　1889年，在法國巴黎召開的第一屆國際計量大會（CGPM）將國際單位制中度量質(zhì)量的基本單位“千克”定義為：“等于國際千克原器的質(zhì)量”，這個“身高等于腰圍”的圓胖子還得了個昵稱“大K”。

　　從那以后，大K就成為科學(xué)家欽定的質(zhì)量界主君，住進(jìn)位于巴黎郊區(qū)的國際計量局（BIPM）白色復(fù)古豪宅的地下儲藏室。

　　人們對它委以重任，并寄予它“永遠(yuǎn)不會改變”的期許。

　　它由9∶1的鉑銥合金制成，具有極強(qiáng)的抗氧化性和抗化學(xué)腐蝕性。圓柱體的形狀也使它的表面積盡量減少，從而較大程度降低附著污染物的影響。

　　與大K一母同胞的還有幾十個復(fù)制品。其中6個官方復(fù)制品與它保存在同一個地下室，其余的則到世界各地，成為不同國家的原器或質(zhì)量基準(zhǔn)。它們是大K的同胞兄弟，也是遣往各國的使臣，擔(dān)負(fù)著校正全球質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)。

　　在中國，60號和64號兩顆大K復(fù)制品駐扎在計量科學(xué)研究院昌平實驗基地。它們每隔20年都要不遠(yuǎn)萬里回到巴黎述職，與官方復(fù)制品進(jìn)行對比，接受長達(dá)數(shù)月的嚴(yán)格檢查，以確定誤差和穩(wěn)定性。待它們返回后，這樣的校正傳遞會一直抵達(dá)基層，確保國內(nèi)稱重儀器的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，比如各個實驗室的天平、工廠的貨秤，再比如，你家里的體重秤。

　　正是通過這個辛勞又嚴(yán)密的工作系統(tǒng)，大K不必御駕親臨，就可以把整個世界的稱重系統(tǒng)掌握在手中。

　　“高處不勝寒。”126年來，大K主君的生活只是日復(fù)一日地在地下靜靜“宅”著，唯一的活動是每過40年接受一次洗澡和體檢。科學(xué)家會用麂皮填料鉗將它從所在的位置上取出，用一塊在乙醇和乙醚中浸泡過的布擦拭其表面，并用蒸汽清洗干凈。

　　對工作人員來說，大K“什么變化都沒有”就是它最大的作為了。

　　“國際千克原器只存在于巴黎這一個地方，這個人工制品有可能遭到破壞，產(chǎn)生不利的后果。”國際計量局的邁克爾·斯托克曾憂心忡忡地表示。

　　人們?yōu)榇驥的安全操碎了心。它藏在重重防護(hù)下恒溫恒壓的儲藏室里，外有3層鐘形玻璃罩，最外一層是半真空，以防空氣和雜質(zhì)進(jìn)入。儲藏室的鋼門需要3把鑰匙才能打開，鑰匙分別攥在國際計量局長、國際計量委員會主席和法國外交部長手里。

　　這些大人物每年都會開啟儲藏室查看一下，確認(rèn)大K安穩(wěn)地待在原地。

　　人們的關(guān)懷備至只有一個要求——哪怕滄海變桑田，你能“磐石無轉(zhuǎn)移”嗎？

　　 1千克單位標(biāo)準(zhǔn)的改變對稱體重和寄快遞來說沒啥影響，但會給精密科學(xué)研究帶來很大麻煩

　　這份無比美好的盼望，不過是一廂情愿罷了。

　　在大K就任質(zhì)量主君100年后，科學(xué)家們失望地發(fā)現(xiàn)，比起復(fù)制品的平均質(zhì)量，大K的體重減少了近50微克（μg）。

　　“奇怪之處在于，這些復(fù)制品的質(zhì)地和它一樣，許多還是在同一時間制造出來的，并在同一條件下保存，但它們的質(zhì)量卻慢慢有了差異。” 國際計量局物理學(xué)家理查德·戴維斯說。

　　科學(xué)家們甚至不能確定究竟是大K的質(zhì)量變輕了還是復(fù)制品變重了，偏移量甚至有可能多于50微克，因為大K和它的復(fù)制品兄弟們有可能都在變化。

　　人們猜測，雖然保存環(huán)境內(nèi)的空氣經(jīng)過了過濾，仍無法完全隔絕污染物。多年來，慢慢吸附在圓柱體表面及內(nèi)部的氣體、積攢下來的微塵、使用中形成的微小磨損都會使它們的質(zhì)量發(fā)生難以測查的變化。

　　2013年1月初，德國《計量學(xué)》雜志刊載研究報告稱，作為標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量單位的國際千克原器大K因表面遭污染而增重數(shù)十微克。

　　報告作者之一、英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)計量學(xué)家彼得·坎普森帶領(lǐng)研究小組借助X射線光譜學(xué)成像技術(shù)，發(fā)現(xiàn)大K表面附著數(shù)十微克碳基及汞污染。碳可能來源于汽車尾氣，汞污染物則來自實驗室內(nèi)偶爾打破的水銀溫度計和水銀氣壓計。

　　無論大K的質(zhì)量到底是增是減，有一點是確定的，那就是“千克并不穩(wěn)定”，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的物理學(xué)家彼得·莫爾表示。

　　50微克，大約是一粒沙子的十分之一，這樣的變化對稱體重、買菜和寄快遞的人們來說，影響可以忽略不計。但對于那些從事精密科學(xué)研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作的人而言，1千克單位標(biāo)準(zhǔn)的改變，將會給他們的工作帶來很大麻煩。

　　這似乎也不能責(zé)怪“大K”。人們希望它“以不變應(yīng)萬變”，而時代早已今非昔比。

　　在它出生的年代，飛機(jī)還未被發(fā)明。中國上海的街道上還穿梭著人力車、馬車和轎子。留著大辮子的光緒皇帝甚至還沒有統(tǒng)一銀幣的規(guī)格，元寶型、馬蹄形、條形，樣式五花八門，每次交易還需要重新稱量。

　　大K安然隱居在巴黎地下的百年多來，人們已經(jīng)習(xí)慣了科學(xué)技術(shù)的各種時髦成就。無論多么情有可原，大K身居要職顯然已經(jīng)不合時宜。

　　是非功過暫不評說，126歲高齡的大K該退位了。

　　 2018年國際計量大會上，安培、摩爾、開爾文和千克都有望被重新定義

　　“對整個度量衡系統(tǒng)而言，千克就像白色夾克衫上的黑污點。”有人不客氣地評論。近幾十年來，國際計量大會已經(jīng)先后修改了其他幾個基本計量單位的定義，大大提高了它們的精確性。

　　建立在基本物理常數(shù)基礎(chǔ)上的質(zhì)量單位定義，將不隨時間、空間和復(fù)現(xiàn)的方法而變化，是計量科學(xué)發(fā)展的方向。例如，米和秒的單位都以恒定的物理現(xiàn)象為依據(jù)。通過光速確定米的定義，通過銫元素的一項譜性確定時鐘的刻度。只有千克依然以大K這塊制作于19世紀(jì)的金屬實物為基準(zhǔn)。

　　“在如今這個時代，這顯得有些可笑。因為不僅質(zhì)量測量依賴于千克原器，所有能量單位、力學(xué)單位、在任何方面與‘千克’有關(guān)聯(lián)的單位都依賴于它。”國際計量局前主任泰瑞·奎恩表示。

　　科學(xué)家們再也不想為大K的安全擔(dān)驚受怕，更不愿將整個世界的質(zhì)量系統(tǒng)栓在并不靠譜的它身上。從1999年起，國際計量大會就開始要求各國計量科學(xué)院努力，通過實驗把質(zhì)量單位和基本物理常數(shù)聯(lián)系起來，以便未來重新定義千克。

　　誰是大K年輕有為的繼任者？

　　在上世紀(jì)90年代早期，泰瑞·奎恩便開始四處活動，試圖用自然界的恒定量定義“千克”。他本以為只需幾年便能提出更好的標(biāo)準(zhǔn)，然而實際研究的道路卻極其困難。

　　2011年，國際計量委員會正式同意從普朗克常數(shù)的角度表達(dá)千克。通過愛因斯坦的E=MC2等式，普朗克常數(shù)將粒子的能量同其頻率以及其質(zhì)量關(guān)聯(lián)起來。這意味著首先要利用基于現(xiàn)有千克參考量的試驗設(shè)定普朗克數(shù)值，然后用這一數(shù)值定義千克。

　　國際計量局質(zhì)量及相關(guān)量咨詢委員會對此提出了包括試驗方法和試驗結(jié)果的重重嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)。科學(xué)家們要兵分兩路，一路通過測量阿伏伽德羅常數(shù)來轉(zhuǎn)換為普朗克常數(shù)，一路則運用瓦特天平（Watt Balance）設(shè)備，每一路都還至少要有3種獨立的實驗方法，確保達(dá)成一致。

　　這項工作非常復(fù)雜，成本又高，美國、英國、德國、意大利、日本等地的眾多實驗室決定共同承擔(dān)這項任務(wù)。

　　直到2014年年底，各國團(tuán)隊才實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的匹配。與此同時，他們將試驗結(jié)果的不確定性縮小到規(guī)定水平以內(nèi)，做出了滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果。

　　一周前，國際計量委員會探討了一組草案，在2018年國際計量大會上，安培、摩爾、開爾文和千克都有望被重新定義。

　　至于大K的命運，“我們會保留著它。”國際計量局質(zhì)量工作組前負(fù)責(zé)人理查德·戴維斯說，“只是它不會再定義任何事情。”

　　以物理常數(shù)來重新定義，不在于讓千克變得精確，但是會大大增強(qiáng)它的穩(wěn)定性。也就是說，對我們普通人來說，大K的卸任并不能幫我們變“輕”，只是讓我們胖得更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定。

　　還是網(wǎng)友看得清：“大家在乎體重，說白了不是在乎數(shù)字本身的多少，即使重新定義了質(zhì)量，也無法改變你就是坨肉球的事實。”

作者: 快刀老三 時間: 2015-10-28 09:44
“這意味著首先要利用基于現(xiàn)有千克參考量的試驗設(shè)定普朗克數(shù)值，然后用這一數(shù)值定義千克。”。。。這不是個圈圈嗎？

作者: leottiger 時間: 2015-10-28 11:32
在乎體重的還真不是在乎數(shù)字，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)變了，身上的肉變了嗎？

作者: moonkai 時間: 2015-10-28 12:19

快刀老三發(fā)表于 2015-10-28 09:44
“這意味著首先要利用基于現(xiàn)有千克參考量的試驗設(shè)定普朗克數(shù)值，然后用這一數(shù)值定義千克。”。。。這不是個 ...

不是圈圈，第一次是，以后就不是了。一句話，就是實物基準(zhǔn)量子化了。

作者: feierlxlx 時間: 2015-10-28 14:27
期待！不知道怎么定義kg了，期待吧。

作者: tigerliu 時間: 2015-10-28 14:55
技術(shù)的進(jìn)步。。。是不是很多標(biāo)準(zhǔn)器要重新做了O(∩_∩)O~

作者: hblgs2004 時間: 2015-10-29 08:50
提示: 作者被禁止或刪除內(nèi)容自動屏蔽

作者: LHJ 時間: 2015-10-29 10:17
等等看怎么定義

作者: yyj_1976 時間: 2015-10-29 11:42
學(xué)習(xí)了。。。。

作者: zeroline 時間: 2015-10-29 11:50
計量都要企業(yè)化了，很多東西都變味了，不管是千克還是什么，主要是老百姓得到了什么。

作者: 快刀老三 時間: 2015-10-29 15:03

moonkai 發(fā)表于 2015-10-28 12:19
不是圈圈，第一次是，以后就不是了。一句話，就是實物基準(zhǔn)量子化了。

量子化我懂，我是說他這個過程。

作者: jennylmx 時間: 2015-10-30 23:06
怎么聽起來這么悲傷呢~~~~~~~

作者: 羅洋ing 時間: 2015-10-31 09:48
路過，悲劇啊

作者: 13004440098 時間: 2015-11-2 08:46
以后所有的計量單位都用自然常數(shù)來表述了，是很科學(xué)，但是對我們一般人來講，沒有直觀感受了

作者: Beverly6 時間: 2015-11-2 14:43

leottiger 發(fā)表于 2015-10-28 11:32
在乎體重的還真不是在乎數(shù)字，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)變了，身上的肉變了嗎？

就是聽上去好聽點而已，難道連自我安慰的空間都不可以有嗎？

作者: 長度室 時間: 2015-11-15 15:33

快刀老三發(fā)表于 2015-10-28 09:44
“這意味著首先要利用基于現(xiàn)有千克參考量的試驗設(shè)定普朗克數(shù)值，然后用這一數(shù)值定義千克。”。。。這不是個 ...

"以物理常數(shù)來重新定義，不在于讓千克變得精確，但是會大大增強(qiáng)它的穩(wěn)定性。"這就話說的明白，重新定義后不見得更準(zhǔn)確，但是會在長期內(nèi)保持穩(wěn)定性，不用再擔(dān)心大K有何變化了。

作者: fjfh 時間: 2016-1-21 15:05
是更穩(wěn)定了，但是自己有多重自己就不知道了，得人家說了算！

作者: ZX12R 時間: 2016-5-2 00:05
樓主，沒有說清楚，普朗克常數(shù)跟質(zhì)量之間，是怎樣的函數(shù)關(guān)系，或者說怎樣的數(shù)學(xué)關(guān)系。
另外，轉(zhuǎn)換以后，按照GUM2008，不確定度會有變化嗎？

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