学术圈日报：“一千克”定义难题终被解决

数十年来，计量学家致力于寻找Le Grand K（“大K”）的替代品来重新定义一千克，这个放在密闭罩中用铂铱合金制成的标准圆柱型金属体在一百多年来一直作为定义标准“一千克”的原型器。目前科学家终于借助常数得到合适的数据来重新定义“一千克”。

在2015年10月15日和16日的国际计量局会议上，科学家将一同商讨于2018年度量衡大会（General Conference on Weights and Measures）上重新定义安培、摩尔、卡尔文和千克的方法草案。美国国家标准技术研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）的成员David Newell表示，人类即将迎来一个激动人心的时刻。

目前，千克是唯一一个还在依靠实物测量的国际单位制（International System of Units，SI）20世纪70年代，科学家发现可以用基本常数来解决这个难题，但直到近几年，才有科研团队找到测量的具体方法。新的测量方法将打破百年来的局限，使人们在何时何地都能测量出精确的“一千克”。

2011年，国际测量局（CIPM）的专家正式确定采用普朗克常数（Planck’s constant）来定义“千克”，这个常数与粒子能量和频率有关，著名的爱因斯坦质能方程E=mc²也和质量有关。科学家先用现行的千克参照量来定义普朗克常数，再用这个常数测量出精确的千克数。具体的测量方式有两种：第一种方法围绕“阿伏加德罗项目”（Avogadro Project）展开，研究人员首先计算两个硅-28球体中的原子量，每个球的重量都刚好是标准千克数，这样就可以计算出阿伏加德罗常数（Avogadro constant），之后将计算出的数值转换成普朗克常数。另一种方法是使用一种叫做“瓦特天平”的仪器测量普朗克常数，测量方式是通过电磁力来测量经过标准千克数校准后的质量。令人失望的是，两种方法的测量结果并不一致。

经过三年的探索，事情终于有了进展，2012年，位于渥太华的加拿大国家研究委员会（National Research Council）的一个新实验室中的另一个瓦特天平的测量结果则展示了不同的情况。目前科研团队正在不断调试仪器，多方审查误差源，测量结果表明数据误差值正在逐步减小。根据2015年8月发布的研究报告，目前的误差值已缩小到十亿分之十二。

计量局专家也正在起草议案，允许各国科研团队自由使用瓦特天平或者硅球体设备来重新定义千克。不出意外的话，在2018年，“大K”将步“米”的后尘退出计量界，成为博物馆的著名陈列品之一。相关资讯报道来源于Nature。

小编有话说：再见了"大K"，历史将铭记你的贡献！

Pic Credit: Andrew Brookes, National Physical Laboratory/SPL

关注科学之家微信公众号：科学HOME (长按复制) 收取新鲜科学资讯。