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1千克到底多重?科学家也在算 或有轻微改变

发布时间: 2016-07-13


1千克到底多重?科学家也在算 或有轻微改变

来源:中国日报网
1千克到底多重?科学家也在算 或有轻微改变国际千克原器的一件复制品。(图片:美媒)

中国日报网7月12日电(张岩)据美国知名网络杂志SLATE报道,1千克重量即将发生轻微改变。

1千克到底多重?中学科学课程经常说,这个单位就是1立方分米的纯水在4℃时的质量。但事实上,从1875年开始,千克就被一个人们亲切地称为“大K”(Le Grande K)的铂铱圆柱形铸件定义,其正式称呼是“国际千克原器”(the International Prototype Kilogram),简称IPK。它高、宽均为1.5英尺(45.72厘米),安置在巴黎郊外一间地下室里,罩在玻璃容器中,免受灰尘、碎屑干扰。

世界上所有度量衡都以它为基础、经度量衡大会(General Conference on Weights and Measures)授权制定。然而,正是IPK的独一无二导致了它的垮台。美国国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology)一位物理学家斯蒂芬·施拉米格(Stephan Schlamminger)在与美国物理学会成员会面时说:“问题在于千克原器太宝贵了,人们都不想动用它。”即便你只是握它一下,手上的油渍也会轻微改变它的重量。它很少从封闭状态中移出,也从没有转移到其他地方。大部分关心1千克到底多重的人(多数是化学家和物理学家)使用的是复制品而非原件,来校正他们的精密工具。问题是,这些复制品的重量彼此之间存在轻微差异。为此,2005年,国际度量衡委员会(International Committee for Weights and Measures)提议对千克的定义作出轻微修正,不再锚定于一件实物,而是锚定于可以被全世界实验室轻易复制的某些基本自然属性。

几次延期后,这个计量学家的国际组织决定用理论数学,通过描述粒子波频与能量关系的“普朗克常数”定义千克。接着,运用爱因斯坦著名的E=mc²公式,可将测得的能量转化为质量。最终,我们将能辨明粒子频率和重量之间精确的数学关系,也就意味着用粒子频率取代实物以定义千克。粒子频率随时随地都可以被利用,而且没有任何附加条件。

问题是普朗克常数非常非常小,因此要完成上述计算非常困难,科学家预计要到2018年才能完成。目前尚不具备对普朗克常数的精确测量手段便是问题的主要难点之一,一群研究者正试图测量这个常数。

例如,位于马里兰州的美国国家标准与技术研究所制造了测量普朗克常数的新一代特殊机器。这台代号为NIST-4的新机器,最近采集到了第一组数据。据最近出版的《科学仪器评论》(Review of Scientific Instruments),这组数据不确定性为十亿分之34。这与另一个研究机构的数据不相上下,但该团队希望通过改善其步骤,很快将不确定性降至十亿分之20。

全球其他研究者也在改善对普朗克常数的测量方法。来自加拿大全国研究理事会(National Research Council)的一个团队近期用与马里兰州团队类似的方法提炼出一个不确定性仅为十亿分之19的数据。其他机构研究者的测量数据在未来几个月也将公布。

一旦所有团队都上传了他们对普朗克常数的最佳估算,一个计算机项目就会运用复杂的统计方法汇集所有数据,产生一个对普朗克常数的最佳推测值。该数据即可用于精确定义1千克。而对于IPK,施拉米格说:“它是一个象征,它有着如此丰富的测量历史。我认为人们不会轻易将其丢弃。”

对千克的重新定义具有扩散意义。度量系统中有超过20个单位基于千克,包括压力、磁力以及电荷单位。因此,一旦千克被重新定义,这些量度的精确定义也会随之改变,尽管一般人几乎不会注意。

施拉米格表示:“这就是作为计量学家令人沮丧的地方,如果你做对了工作,就没人会注意到。”


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