給千克重新定義

孟月

千克的標準在改變！

1千克將不再是1千克了！

不管你信不信，事實確實如此。被全世界尊奉為質(zhì)量度量標準的千克原器，辜負了人們對它的信任，它在逐年變輕。

1889年，法國巴黎召開了第一屆國際計量大會。為了統(tǒng)一計量單位，大會把國際單位制中度量和質(zhì)量的基本單位“千克”定義為：“等于國際千克原器的質(zhì)量?！睆拇?，全世界的質(zhì)量計量標準實現(xiàn)了大一統(tǒng)。

千克原器是用9∶1的鉑銥合金制成的、高和直徑都為3.9厘米的圓柱體。圓柱體的形狀讓它的表面積盡量減少，從而較大程度降低附著污染物對它的影響；鉑銥合金的材質(zhì)膨脹率低、不易氧化。它被藏在重重防護下的恒溫恒壓的儲藏室里，外有3層鐘形玻璃罩，最外一層是半真空的，以防空氣和雜質(zhì)進入。儲藏室的鋼門需要3把鑰匙才能打開。鑰匙分別攥在國際計量局局長、國際計量委員會主席和法國外交部部長手里。每隔40年，科學家會用麂皮填料鉗，將它從所在的位置上取出，用在乙醇和乙醚中浸泡過的布擦拭它的表面，再仔細用蒸汽將它清洗干凈。

各個國家的千克原器復制品，每隔20年就會被人從各個國家聚集到一起，與巴黎的千克原器進行校準，以確定誤差和穩(wěn)定性。以這樣的校正來確保全世界稱重儀器的準確和統(tǒng)一，比如各個實驗室的天平、工廠的貨秤，以及我們常用的體重秤。

就這樣平安地度過了100多年。近年來，科學家失望地發(fā)現(xiàn)，比起復制品的平均質(zhì)量，千克原器竟減少了近50微克，并且還在持續(xù)減輕。雖然變化量僅相當于一粒小細沙的重量，它卻震驚了整個科學界，讓人們開始恐慌。佐治亞理工學院物理系的名譽退休教授羅納德·福克斯說：“對用遠遠低于十億分之一秒來計算時間和遠遠小于微毫米的長度來計算距離的世界來說，這個減輕的數(shù)值會產(chǎn)生巨大影響?！?/p>

科學界不得不做出告別使用千克原器的決定，可是怎樣保證新的定義與原來的完全一致呢？來自很多國家的科學家參與了這個課題的討論，其中有兩個提議引起了人們的注意：第一，用純硅原子球體取代鉑銥混合圓柱體；第二，利用已知的“瓦特天平”裝置和電磁能來重新定義千克。這兩種方法都是在現(xiàn)有標準的基礎(chǔ)上進行改進的。

很快，就有科學家發(fā)出其他倡議，如?？怂沟奶嶙h是，從今以后，克被嚴格地定義成18×14074481個碳12原子的重量。目前，美國、英國、德國、意大利、日本等眾多國家的科學家，都在積極探索更標準、更合理的方法去定義千克。

意大利國家計量科學研究院的喬凡尼·法力和其他研究人員測得了新的阿伏伽德羅常數(shù)。他們采取的測量方法是計數(shù)1千克重的高純硅28球體中有多少個原子。當硅結(jié)晶時，它會形成規(guī)律的晶格結(jié)構(gòu)，每個基本的晶胞中含有8個硅原子。如果能分別得知硅晶體總的體積及每一個硅原子所占的體積，就可以計算出其中硅原子的數(shù)量。這一評估結(jié)果能夠用于量化普朗克常數(shù)，并且?guī)椭茖W家以純數(shù)學常量的形式重新定義千克。預計，科學家將于2018年發(fā)布重新定義的千克概念的消息。