好奇星人
“千克”的定义改变了,正在减肥的我会突然变轻吗?
2019-01-23 14:30:58 姜畅
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今年.11.16召开的第26届国际计量大会通过了关于“修订国际单位制(SI)*”的1号决议。根据决议,千克、安培、开尔文和摩尔4个SI基本单位的定义将改由常数定义,于2019年5月20日世界计量日起正式生效。

国际单位制(SI)共有7个基本单位:米代表距离、秒代表时间、千克代表质量、安培代表电流、开尔文代表热力学温度、摩尔代表物质的量、坎德拉代表发光强度。

在本次单位制的修订之后,我们再也不用通过与标准的“千克原器”比较而得到标准的质量定义,任何一个实验室内都可以制作出标准的“1千克”。

在今年以前,“千克”是唯一一个仍然使用人工制品作为定义的国际单位,除千克以外的六个基本量都已不再以实物作为参考依据来定义。用实物来定义质量单位的一个缺点就是物体的质量会随着时间的流逝而改变。

国际千克原器( 图片来自:新浪博客@科普君XueShu)

*国际千克原器(International prototype kilogram,简称IPK),又被称为“一千克标准物”,是指1889年经国际计量大会批准,作为千克单位标准物的砝码。

作为最后一个标准原器,国际千克原器已经走过了一百多年的历史,即使我们采用了特殊的方法,在三层玻璃罩下小心保存,这个千克原器还是有了50微克左右的变化。虽然这对我们生活几乎没有任何影响,但对于精密测量来说,这个影响却是致命的。

终于,在国际计量局的努力下,我们成功地用普朗克常数*重新定义了“千克”,这也意味着我们彻底进入了用物理常数定义国际单位制的新时代。国际千克原器“大K”作为人类的一份无价之宝,也将被永久珍藏。

*普朗克常数是作用量的最小单位,是宇宙最基本的一个物理常数。普朗克常数和质量总是能通过各种途径建立起联系公式的。

现在无论我们去哪里,在国内还是国外旅行,都可以用同一个“千克”描述一个物体的质量。我们早已习惯了“千克”给我们带来的便利。但是,你有没有想过,为什么“1千克”是这么重?其实,单位制的统一自古以来都不是件容易的事。


商鞅方升 图片来自百度百科

*方升是战国时代秦国的计量器。商鞅在秦国实行变法时,其中有一举措,那就是统一度量衡,这个方升便应运而生。方升,现在被上海博物馆收藏,它是一个青铜器。

以我国古代一直使用的质量单位“斤”为例,如果都换算成国际质量单位“克”的话,各个朝代的“斤”也不尽相同:秦朝每斤约253克;西汉每斤约258.24克;魏晋每斤约222.73克;隋朝每斤约668.19克;唐朝每斤约596.82克.....

古代量制历经多次变革,明代以后才大体稳定,变化较小,一斤基本在595g左右。不仅如此,旧制1斤等于16两,有句成语“半斤八两”,由此而来。因为折算麻烦,我国1959年,***命令把一斤16两改为1斤10两。


图片来自经典网

仅仅我国关于质量的定义,在不同朝代的区别都如此之大,如果算上别的国家的质量单位,恐怕我们每次称东西都要算上半天,如果遇到自己不熟悉的单位,可能还要专门去查一下换算关系。

随着国际交流的越来越密切,建立一个统一的“国际单位制”势在必行。这些也恰恰是国际计量大会所关心并需要解决的问题。现代关于长度、质量、时间等的定义源于18世纪,由法国科学院制定。

1799年,法国制作了第一个铂制“千克原器”和铂制“米原器”。1870年,著名英国物理学家麦克斯韦指出,当时的定义并不是真正意义上的“不变量”,他说道:“地球会随着时间缓慢变化,但它仍然是同一个地球,但是一旦一个原子发生了变化,他便不再是同一个原子了”。

如果我们可以采用原子层面的物理量来定义我们的基本单位,那才是真正自然意义下的“不变量”。但是,在当时的科技水平下,精确测量一个原子的质量或者振动周期等几乎是不可能完成的任务。

1875年,在由法国***牵头,17国参与制定的“米制公约”中决定,制作新的“千克原器”和“米原器”,并保存在国际计量局(BIPM)。1889年,第一届国际测量大会召开,这两个“原器”就作为了“千克”和“米”的定义。


米原器 图片来自搜狐文化

当时米的定义是“通过法国的子午线从赤道到北极点的千万分之一”,而千克则定义为“1立方分米的纯水在4摄氏度时的质量”。可以看出“千克”的定义是依赖于“米”的定义的,修改起来也会更加困难。

随着科学技术的发展,人们对于测量的要求也越来越高,国际单位制也在一次又一次的大会中被不断修改。1960年,第11届国际计量大会上,正式废除了“米原器”对于米的定义;1983年,***在巴黎举行的会议上,把光在真空中299792458 分之一秒所走的距离定为一个标准米,沿用至今。


新的国际单位制之间的关系 图片来自https://en.wikipedia.org/wiki/SI_base_unit

*新的国际单位制之间的每个基本单位(彩色)都建立在一个已固定数值的物理常数之上。基本单位的实际大小可以通过更准确地测量相应的物理常数而得出。

不过,即使是采用了物理常数的定义,国际单位制的精确程度仍然是有限的,随着科学研究的不断发展,我们对于“精确”的要求也越来越高,国际单位制也将不断改进,正如那句口号“没有最好,只有更好!”

回到题目中的问题,我们的体重会因为“千克”定义的变化而发生改变吗?答案是会的,但是改变量极其微小,假设你质量为100kg,按照每千克50微克的变化来算,你也只变化了十根头发丝的质量。所以如果真的要减肥,还是老老实实地健康饮食,勤加锻炼吧!

参考文献

1.Mills I M, Mohr P J, Quinn T J, et al. Redefinition of thekilogram, ampere, kelvin and mole: a proposed approach to implementing CIPMrecommendation 1 (CI-2005)[J]. Metrologia, 2006, 43(3):págs. 227-246.

2.Taylor B N, Mohr P J. On the redefinition of the kilogram[J].Metrologia, 1999, 36(1):63.

3.en.wikipedia.org/wiki/General_Conference_on_Weights_and_Meas***es

4.en.wikipedia.org/wiki/Metre_Convention

5.en.wikipedia.org/wiki/SI_base_unit

6.en.wikipedia.org/wiki/Kilogram

7.新华社《国际计量大会:“千克”等4项基本单位被重新定义》


本文作者系中国科学院物理研究所在读博士

封面图片来自科学新发现

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