千克已死。认识千克2.0

NIST的铂铱千克K92(正面),背景是不锈钢千克质量”width=
NIST的Le Grand K(前)复制品,定义一公斤的国际重量,储存在法国的一个保险库中。物理物体将被普朗克常数取代,作为千克的定义。评论李/ NIST

近150年来一公斤的官方重量是由一个锁在法国保险库里的闪闪发光的铂金圆柱体决定的。

千克,像米和秒一样,是七个基本计量单位之一(也称为国际单位制或公制,简称“SI”)。这些首先在1875年米制条约.当时,对一公斤的重量达成一致的最好办法是锻造一大块金属,并称之为“大k”。一个多世纪以来,所有的科学量表都被校准到一个物理参考点(副本保存在十几个国家)。

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但即使是固体也会随着时间而改变。当Le Grand K在20世纪80年代称重时,它轻了几微克,这意味着所有高度精确的科学秤(不是你浴室里的那个)都必须重新校准。这就是书呆子们所说的真正的痛苦。

幸运的是,计量学家团队已经在研究这个问题了(计量学是关于重量和测量的科学),他们正在寻找一个通用常数,可以为千克产生一个固定的值,这个值现在和一百万年后都是正确的。

他们已经找到了对秒的这样一个物理修正,1967年,秒被重新定义,从一天的86,400分之一变成了更令人困惑的东西,但却是恒定的。一束特殊的微波需要振荡9,192,631,770次才能将同位素铯-133的原子激发到更高的能级。因为这个数字永远不会改变(不像一天的确切长度),这就是你的新秒!

计价器也是一样。它不是1889年被定义为一根一米长的金属杆的长度,而是在1983年被重新定义为光在真空中传播的距离为1/299,792,458秒。

直到2017年,美国国家标准与技术研究院(NIST)和世界各地类似机构的科学家们才最终就千克的通用常数达成一致。这一成就需要解决上个世纪最棘手的物理问题之一,提出一个数值普朗克常数。

不要太专业(你可以在这里做),物理学家马克斯·普朗克在1900年证明了物质以被称为“量子”的离散块释放能量。他用来测量这些能量包的方程式包括一个常数,叫做h迄今为止被称为普朗克常数。多亏了爱因斯坦,我们知道能量和质量在数学上是相关的,所以物理学家们发现普朗克常数(一个固定的能量单位)可以产生世界上最精确的质量测量。

计算普朗克常数的精确值花了几十年的时间,并进行了一些严肃的技术创新(特别是一种叫做“普朗克常数”的漂亮装置)吊桶平衡),但现在即使是分心的幼儿园孩子也知道普朗克常数是6.626070150 × 10-34年公斤⋅米2/ s。我是说,废话。

11月中旬,在法国凡尔赛举行的国际度量衡局(International Bureau of Weights and Measures, BIPM)年会上,来自60多个国家的代表投票通过了用普朗克常数计算的千克的永久新定义。不再有大块的金属——千克的质量现在与普朗克常数联系在一起。国际单位制单位也公布了新的定义安培(电流)开尔文(温度)和鼹鼠(元素中分子或原子的数量)。这些新定义于2019年5月20日生效。

最初的铂金公斤原型将被保存在法国的地下金库中,而无数代科学家使用千克2.0做出了改变生活的发现。

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