千克已死。千克2.0

NIST的铂铱千克K92(前面),背景是不锈钢千克块"width=
NIST的Le Grand K(前)的复制品,定义了一公斤的国际重量,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

在近150年的时间里一公斤的官方重量是由锁在法国金库里的一个闪闪发光的白金圆柱体确定的。

千克和米、秒一样,是七大基本计量单位之一(也被称为国际单位制或公制,简称“SI”)。这些最早是在1875年《米条约》.当时,确定一公斤重量的最好方法是锻造一块金属,并称之为“Le Grand k”。在一个多世纪的时间里,所有的科学天平都是根据一个物理参考点校准的(副本存放在十几个国家)。

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但即使是固体也会随着时间发生变化。当Le Grand K在20世纪80年代被称量时,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肿块痛。

幸运的是,计量学家团队已经开始研究这个问题了(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,这个常数可以为公斤产生一个固定的值,这个值在现在和一百万年后都是正确的。

他们已经为秒找到了这样一个物理修正,1967年,秒的定义从一天的86400分之一重新定义为一个更令人困惑但不变的数字。一种特殊的微波束需要振荡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!

仪表也是一样。它不再被定义为1889年锻造的一根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行进的距离(1/299,792,458秒)。

直到2017年,美国国家标准与技术研究所(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。

不用太专业(你可以在这里做),物理学家马克斯·普朗克(Max Planck)在1900年证明,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中有一个常数叫做h,即普朗克常数。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。

计算普朗克常数的确切值花了几十年的时间,并进行了一些重大的技术创新(特别是一种叫做a的漂亮设备)吊桶平衡),但现在即使是心不在焉的幼儿园小朋友也知道普朗克常数是6.626070150 × 10-34年公斤⋅米2/ s。我的意思是,嗯。

11月中旬,在法国凡尔赛举行的国际度量衡局(BIPM)年会上,来自60多个国家的代表投票通过了一项新的、永久的公斤定义,该定义由普朗克常数计算。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。国际单位制的新定义也公布了安培(电流),该开尔文(温度)和鼹鼠(一种元素的分子或原子数)。这些新定义于2019年5月20日生效。

最初的铂金千克原型将留在法国地下金库中,而无数代科学家利用千克2.0做出了改变生活的发现。

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