更科學、更精確的「1千克」,看看國際計量大會新規則

重新定義「1千克」,更科學、更精確

時間是最偉大的奇蹟。

11月16日,巴黎凡爾賽宮,召開了註定要載入史冊的第26屆國際計量大會,大會通過了 "修訂國際單位制"決議,正式更新包括國際標準質量單位"千克"在內的4項基本單位定義。新國際單位體系將於2019年5月20日世界計量日起正式生效。(新華社電)

更科學、更精確的「1千克」,看看國際計量大會新規則

與之前的"大K"相比,新的「千克」衡量更為標準更為科學,雖然目前看來與日常生活關聯不大,但是因計量標準變化而催化的技術進步相信能夠在不久以後為人類服務。

從一般標準物到常量

在巴黎國際計量局總部,"國際千克原器" 又被稱為"一千克標準物"(簡稱IPK)安靜的躺在真空玻璃容器內,服役了近130年的"大K"正式宣佈退休了。在這之前,"大K"和他的的分身們一直在兢兢業業地為科學事業服務,比如1965年由國際度量衡局派往我國的「K60」。

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圖:"國際千克原器"大K 法新社

根據新的規則,「千克」的定義將會變為以普朗克常數(Planck Constant)相關的一個標準值。

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模型化後數據將更為穩定準確,比如我們衡量1米的單位長度,不是簡單的1m=100cm,而是採用"光在真空中於299792458分之一秒內行進的距離"作為標準。

換句話說,就是將原本的1千克的質量的容易老化的圓柱換做一個物理屆的公式來保存一下,這樣1千克這個單位就不會因環境的變化而發生變化了。

雖然是重新定義了,但是你原本200斤的體重還會是200斤。[微笑]

不求有功但求無過的"大K"

"大K"是在1889年經國際計量大會批准,作為「千克」單位標準物的砝碼。砝碼由較為惰性的Pt-10Ir鉑銥合金(90%鉑與10%銥)製成,直徑與高度均為39.00毫米。"大K"有6個"孿生姐妹",每隔一段時間,國際計量局就會對這6個孿生基準物進行檢測,以確定"大K"作為基準的變化。

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儘管做到了最大程度的保護,實物基準還是可能會受到時間的侵蝕。在1989年的測量中,結果顯示這6個"孿生姐妹"質量約增加了約50微克,由於保存完全條件相同,可以推斷"大K"的重量也增加了。

儘管50微克僅僅相當於一片指紋或一個砂粒的質量,但對於科學研究而言。50微克的誤差極有可能造成極為嚴重的後果,尤其是在生物、化工以及精密機械領域。由此,客觀的誤差推動著學術界尋找更為科學準確穩定的計量標準,新的「千克」也就由此而生了。

推動技術變革?還要等一等

目前國際單位制共有七個,分別是:

· 質量的單位千克

· 電流量的單位安培

· 時間的單位秒

· 發光強度的單位坎德拉

· 物質量的單位摩爾

· 熱力學的單位開爾文

· 長度的單位米

1967的大會宣佈正式將「秒」的定義由1960 年地球自轉一週時間的 1/86,400修改為:銫 133 原子基態的兩個超精細能級間躍遷對應輻射的 9,192,631,770 個週期的持續時間。這一修訂為精準地理信息系統的產生創造了條件,客觀上推動了GPS的誕生。

更科學、更精確的「1千克」,看看國際計量大會新規則

圖GPS模型原理:通過接收機時鐘得到時間差,從而知道四個信號從衛星到接收機的不準確距離(含同一個誤差值,由接收機時鐘誤差造成),用這四個不準確距離和四個衛星的準確位置構建四個方程,解方程組就得到接收機位置。

新的標準已經正式宣佈確立,將會帶來怎樣的技術變革還是未知。但是可以預見的是,質量單位將不再受時間地點制約(不再受課本制約),地球上的質量系統可以套用到其他星球,可以跨越時間長河,聽起來是不是很夢幻?【表情】

此外,還有一個好消息:我們不必再定期去國際計量局送檢砝碼了。

大廈基石

青年學者李世松博士評價"如果將科學中的測量活動比作是一座高樓,而SI基本單位則是這座大樓的基石"。

技術進步推動著社會的變化,很難說是先有的技術還是先有的需求,往往兩者都是相輔相成的。正是因為有這樣那樣的巧合,生活才會變得如此絢爛繽紛。


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