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科学网澳门新濠影汇—国际千克单位标准将改为

2020-04-15 10:01

国际千克单位标准将改为量子制

千克原器命运大转折……

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曾经的千克“掌门人”129年的辉煌霸气,终被定格在了2018年11月16日。

据美国物理学家组织网11月7日报道,由于密封在法国巴黎国际计量局三层玻璃罩内的国际千克原器质量发生不明改变,世界最重要计量标准单位——千克将转变为量子物理制,以解决当前面临的困境。

随着第26届国际计量大会的表决,基于普朗克常数的千克定义将写进计量发展的历史。

国际千克原器由铂铱合金(90%的铂,10%的铱)制成,用于规定全世界的“千克”。自1889年以来,人们曾认为它像恒星一样恒久不变,但到了1992年,它的质量却发生了变化。经与其他“千克”原器相比,国际千克原器变化了大约50微克,相当于一个直径0.4毫米的小沙粒。BIPM质量部主管艾伦:皮卡德说:“确切地说,我们无法确定它的质量是多了还是少了。这一变化可能是由于表面影响,失去了表面原子或结合了污染物。”

用一个科学公式取代一个物理模型,来完成“千克换千克”的更新换代,其进步性体现在哪些地方呢?

这个变化给物理学家带来了巨大的理论挑战,尤其是对那些需要精确测量的复杂实验而言。因此国际单位委员会决定淘汰千克原器,在今年10月21日召开的第24届国际计量大会上,同意用一个基于普朗克常数的固定值来代替“千克”。普朗克常数用字母“h”来表示,相当于两个粒子能够交换的最小能量包或称量子。

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澳门新濠影汇,大会还表示,在2014年之前“将不会采用这一常数”,此之前还将通过实验评估测量技术的精确性,以确保精确度在亿分之二以内。如果今后用普朗克常数来表示质量,日常生活不会受到任何影响,比如要买500毫克阿司匹林、半公斤胡萝卜或一艘5万吨的游船,千克仍然是千克。然而,这一变化会即刻对专业实验室的高精检测产生重大影响。

千克定义走向量子时代

从日常生活到工程设计、科学研究和工商贸易,“千克”是用得最广的度量单位之一。SI中有7个“基本单位”:千克、米、秒、安培、开尔文、摩尔和坎德拉,分别用于测量质量、长度、时间、电流强度、温度、物质的量和发光强度。1983年,国际单位“米”被光速基本常数所取代,即光在真空中1/c秒内所经路程的长度,从此国际米原器作为纪念品而保存。“千克”是国际单位制的基石,也是最后一个由物质材料来定义的单位。

千克原器,一坨称世界

美国物理学家组织网相关报道

保存在巴黎西郊国际度量衡局地下室,一个神秘的三重钟形玻璃罩里的“国际千克原器” (The International Prototype Kilogram),曾被认为是世界上最先进的质量标准。

科学家发现国际千克原器减少约50微克

千克原器又被称为“大K”,陪同“大K”的还有六份官方副本,作为“继承人”和“备用件”。

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在世人的心目中,这个千克最高基准具有极其神圣的地位。有三把钥匙存放在不同地方,必须悉数到场才能打开金库一睹“大K”的尊容。

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国际千克原器

从图上看,国际千克原器只不过是个圆胖子,高39毫米,底面直径也为39毫米。不过这个圆胖子可是所有国家质量标准之源啊!

千克原器的前世今生

“国际千克原器”为什么被保存在法国呢?这与“国际千克原器”的身世有关。

1799年,法国科学家提出了千克最初的定义,即1立方分米纯水在最大密度时的质量定为1千克。很显然,最初的千克质量单位是由起源于法国的长度单位米推导出来的。并且,法国用纯铂制成了千克原器基准。

后来,科学家发现这个千克原器基准并不准确。1878年,国际计量局制造了3个千克原器的复制品,复制品是含90%铂10%铱的铂铱合金圆柱体。

1889年,在第1届国际计量大会上,决定把三个中质量最接近原千克原器的一个作为国际千克原器,并存放于国际计量局。最外一层玻璃罩内被抽成半真空,以防空气和杂质的进入。

为什么要“千克换千克”?

2018年世界计量日主题为,“进无止境——国际单位制的量子化演进”。随着量子计量基准的出现,为计量基准进步提供了全新的视角。

量子计量基准是国际单位制的演进方向,并有望推动计量科学发生革命性的变化。这对于千克基准的更替来讲更具有现实的意义,因为千克是最后一个基于物理人工制品基准定义的基本单位。

对此,参加表决的物理学家施拉姆明格对《卫报》表示:“如果外星人到访地球,我们除了物理也没什么好谈的吧?但如果要谈论物理学,我们必须就一组单位达成一致。假如我们介绍说质量单位是基于巴黎的一坨金属,那我们会成为全宇宙的笑柄。”

物理实物基准的弊端十分明显,其中误差就是一个主要因素。“大K”即便被保存在三重钟罩之下,表面的吸附作用以及多年使用导致的磨损和划痕还是积累产生了一定的误差。

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