千克的定义变了 国际单位制进入常数时代(图)

  国际千克原器“大K”。

  新华社发

  中国千克重新定义复现装置。

  中国计量科学研究院供图

  11日,国家市场监督管理总局召开新闻发布会,介绍质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”、物质的量单位“摩尔”的新定义,并宣布明年5月20日起,为国际计量局的成员,中国将与全球其他国家一致启用新修订后的国际单位制。

  国际千克原器失准,改用不依赖物理实物的自然常数计量

  根据现行定义,1千克精确等于国际计量局保存的国际千克原器(IPK)的质量。而国际千克原器则是一块高尔夫球大小的铂铱合金圆柱体,别名“大K”。

  为了保证质量稳定,“大K”自诞生起一直被安放在巴黎郊区的一个保险箱里,并受到严密监控。“只有国际计量局局长、国际计量局主席、法国国家档案馆馆长同时在场,才能开启保险箱。” 中国计量科学研究院院长方向说,国际计量局各成员国按照一样的大小、原材料复制了若干个复制品,来保证全球计量标准的一致。中国计量科学研究院就保存了3个,目前有效的还有两个。

  各国保存的复制品,会定期到国际计量局与“大K”进行校准,但130年之后,复制品的平均水平与“大K”发生了50微克偏差。

  这其中,可能有复制品因存放、运输等问题而导致的质量变化,但也无法排除“大K”本身出现了质量漂移。“实物基准一旦制成,总会有一些不易控制的物理、化学过程使它的特性发生缓慢的变化。哪怕落上一粒尘埃,‘大K’保存的量值也会有所变化。至今,‘大K’的质量是否发生了变化,变化了多少仍是一个谜。” 方向说。

  鉴于实物本身的不稳定性,国际计量界一直致力于建立一个不依赖于实物原器的测量体系。20世纪以来,随着量子技术的发展,人类对各种物理量的测量准确度得到了极大的提高。科学家发现,这些常数比实物稳定百万倍,并将其数值固定了下来。于是,科学家们开始探讨采用物理常数来定义国际计量单位。

  在11月16日举行的第二十六届国际计量大会上,经包括中国在内的53个成员国集体表决,全票通过了关于“修订国际单位制(SI)”的1号决议。未来,千克将以符号为h的普朗克常数定义,“大K”正式退役。“改用普朗克常数定义千克后,我们将不必担心‘大K’的质量发生变化,更不必担心国际千克原器丢失、损坏可能给全球质量量值统一带来的毁灭性灾难。”方向说。

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