“千克”原器失准 科学界将用物理常数定义“千克”

“1千克”多重？这一国际标准质量单位近130年来由一个小巧的铂铱合金圆柱体定义。这一“国际千克原器”保存在法国首都巴黎西郊一间地下储藏室内，挡不住岁月和污染导致的细微变化，难以适应现代精密测量要求。

全球数百名科学家定于16日汇聚巴黎西郊凡尔赛宫，参加第26届国际计量大会，正式以一个物理常数定义“千克”，让那块外号“大K”的圆柱体退役。

“大K”卸任

“千克是最后一个仍以实物作为基准的计量单位，”法国国家计量与测试研究所所长托马斯·格勒农说，“问题是它历经沧桑，质量会变化。鉴于我们今天的（计量）精准度需求，这不够好。”

“大K”随“国际米制”而诞生。科学家18世纪末决定创建国际通用的计量单位体系，首先确定采用法国科学院在法国大革命后制定的长度单位“米”，即经过巴黎的地球子午线全长四千万分之一为“1米”；随后依据米的定义，规定1立方分米纯水在4摄氏度时的质量为“1千克”。

1889年第一届国际计量大会决定，把一个直径和高度同为39毫米的铂铱合金圆柱体质量作为国际单位“千克”基准。各国用“大K”复制品校正质量标准，而作为原器“真身”的“大K”保存在巴黎西郊“布勒特伊宫”地下储藏室，以三层钟形玻璃罩真空密封。打开储藏室的三把钥匙由三名不同国籍高层人士分别保管，取出原器时需要三人同时开锁。

为防范污染，“大K”每过40年取出一次，接受清洗和检查，迄今“面世”4次。尽管小心翼翼，每一次检查都发现“大K”质量细微变化，如因为受空气污染而“增重”，或因氧化而“减重”，更新定义的建议因而提上日程。

与时俱进

国际计量局局长马丁·米尔顿说，科学家当时制定国际米制的过程相当合理，“即便我们今天做，不会有太多不同”。然而，从法国大革命到现在，科学的面貌大为不同。

国际计量大会近几十年先后修改多个基本计量单位的定义。比如，长度单位“米”改用真空中的光在一秒内行进距离、即以光秒作定义，1光秒接近30万千米；时间单位“秒”自20世纪60年代起正式采用铯133原子的电磁波周期相关数值。以基本物理常数定义计量单位，可大大提高稳定性和精确度。

这一届国际计量大会准备让“大K”卸任，以量子力学中用于计算光子能量的普朗克常数数值为基准，重新定义“千克”，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。

支持更新定义者说，用普朗克常数定义“千克”比实物基准稳定至少100万倍。

米尔顿向法新社记者解释：“称1千克土豆不需要多高的精确度，但对精密科学和工业的多类应用，1千克不再是合适的计量单位。”比如，随着医药和化学工业发展，越来越多药品成分的测量需要精细到微克。

这届大会同时准备采用物理常数重新定义电流单位“安培”、温度单位“开尔文”和物质的量的单位“摩尔”。

米尔顿说，“大K”尽管不再是“完美的千克”基准，仍将以现有保存方式存在。科学界将在今后数十年观察它随着周围环境改变而发生的重量变化，让它继续为科学做贡献。

（原标题：“千克”原器失准科学界更新定义）

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