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这周五在巴黎有个主要集会－第26届国际计量大会 （法语：Conférence générale des poids et mesures，简称CGPM）要召开。
集会的一个主要议题是改变千克的界说。读到这儿，咱们先来做个选择题：
咋样，您以为哪个是准确谜底？
自1889年以来，千克的天下尺度是International Prototype of the Kilogram-千克的国际原型 (IPK)，这是一种由铂和铱制成的圆柱体（直径和高度约为39毫米，由90％铂和10％铱合金制成），
固然不是这个破砝码了！
这才是千克的真身IPK（有时被称为“Le Grand K”，大K），套在三层罩子里，储存在 法国 Bureau International des Poids et Mesures（国际计量局）。
际计量局简介
BIPM始建于1875年5月20日，由17国签署的《米制条约》所设立。现在《米制条约》共有51个会员国 （我国于1977年加入）。该组织总部位在法国巴黎近郊的塞夫尔，其土地享有治外法权，也就是国际公共区域，不受法国执法制约，和联合国办事机构一个路数。BIPM是为维护国际单元制（SI制）所设立的3个组织中的1个。其宗旨为“确保国际度量衡尺度凭据米制条约施行”。换句话说就是BIPM卖力维护国际单元制的准确、校对和全球统一化。
知识点又来了，国际单元制有几个基础单元？
单元名称 单元符号 物理量
米 m 长度
千克 kg 质量
秒 s 时间
安培 A 电流
开尔文 K 热力学温度
摩尔 mol 物质的量
坎德拉 cd 发光强度
对于大多数人来说，对照熟悉的是前三个，K和mol中学学过，最后这个cd基本没听说过了。
上面这张基本单元关系图很主要，可以看到，现在千克是确定坎德拉，摩尔和安培的基础，限于篇幅，此处就不睁开注释了，读者只需记着由于这个关系，若是千克的界说改变了，那势必影响其它三个相关基础单元，这张关系图势必须重画。
接下来聊聊这个IPK。相对于其它五个基础单元，单凭直觉，似乎很容易想到若何界说千克另有米，不就是做一个恒重的器械把它界说为1千克，相同思绪做一个特定长度的尺子把它界说为一米嘛。然而进一步思索，这个恒重到底有多重？是合一袋沙子照样一包金子？这袋子又该多大？包又该多深？沙子要不要筛一筛？金子要不要熔一熔？显然沙子金子不是好的质料，那么水呢？若是把水整得特清洁，哇哈哈、农民山泉另有点甜那样的，再把温度控制好，防止热胀冷缩，应该可以是很好均值质料了吧？且慢，温度？这不也是个基础单元吗？咋控制啊？这个嘛。。。水不是可以结冰嘛，冰点应该可以控制吧。行了，差不多了，最后一个关键问题，拿什么家伙事儿盛这适可而止的1千克水呢？要解决这个问题就绕不开解决另一个关键问题：确定一米的长度。鉴于确定一米长度的故事太长，笔者决议单开一篇，叫《七年之痒量一米》。。。纰谬纰谬，应该是《七年之旅量一米》。
有书为证啊，呵呵。
O.K，水有了，温度定了，尺寸也量好了，那么这1千克就是：冰点温度下体积为一立方分米的纯水的重量（质量）。恭喜你，你已经到达1793年科学家的水平了。很显然，上过中学的读者都知道这内里温度的控制太粗拙了，以是在1799年，温度被调整到4摄氏度。
科学家总是一群喜欢较真儿不嫌贫苦闲不下来的人。全新千克的界说随着一米的界说确定后，科学家一气呵成最先制造更结实稳固利便的基础单元，究竟一立方分米的小水块不如一块高纯度金属好保留。1795年一个由纯铂质料制成的一千克原型被制造出来，史称Kilogram of the Archives。
然而这个充当一千克尺度的圆柱不久被证实是个“次品”， 它现实等同于尺度状态下1.000028 立方分米的纯水，以是若是以它为尺度，那么所谓一吨的货现实质量是一吨零28克。不完善啊！
这个问题一直延续了近90年，直到1879年英国的一家金属铸造公司Johnson Matthey （庄信万丰）接纳新的方案，制作了三个直径和高度约为39毫米，含90％铂和10％铱合金的圆柱体，即千克原器，划分命名为KI, KII 和 KIII。稍后的测试中KIII脱颖而出，在1889年第一届国际计量大会被正式确定为天下上第一个也是唯一的IPK，同时千克的界说也修改为“IPK的质量”。
恭喜KIII乐成加冕
现实上铸造公司Johnson Matthey在1884年还制作了40件千克原器 （以及30件米原器），BIPM选择保留了其中的6个，将其它34个发给了米制条约的成员国。鉴于这些千克原器很金贵，大伙儿决议没事儿不捣腾，好好保管，每隔40年送回BIPM和IPK校验一次以确保它们仍然保持一千克的质量。随着国际单元制的推广和米制条约国成员的增添，更多千克原器被制作和分发，而且为了确保安全，许多国家都市保留多个。好比我国的国家千克基准是1965年由BIPM检定、编号为60的千克原器，但我国还保留了编号64。美国在计量方面最别扭，整天儿的磅啊加仑啊守着英国的老古董，人家英国自己在1995年都放弃了！但就是这么个顽固的家伙，手里却握着5个千克原器，是除了法国以外持有千克原器最多的国家。
石斛 ，你会读吗？斛（hu）第二声，它是我国古文中记载的兰科植物之一，所以人们也常叫它石斛兰，讲真的，我呢是喜欢多肉的，不知道从什么时候起，我喜欢上了石斛。然而问题还远远没有解决，前面提到各成员国的千克原器每40年都要”回娘家省亲”，沐浴换衣，称量体重，确保它们的准确性。这是一项极其繁琐庞大的事情。
上图显示的是一些千克原器在1948年和1989年两次校对的效果，可以看到大部分千克原器“体重”都略有增添，但有些千克原器好比K4，由于是经常使用的检测尺度，以是磨损对照大，纪录显示在110年间，它相对于IPK“减重”41微克。BIPM对于自己保留的IPK和六个官方副本也一直亲切监控，划分在1946，1991以及2014年对他们进行了洗濯校验。尤其2014年这次，其目的主要是响应改变千克界说的建议，证实这种实物存储的方式不是一种正确可靠的的尺度。
The M-one vacuum mass comparator from METTLER TOLEDO－质量对照仪，用于2014的校验。
下图中显示的是和IPK相对照，六个官方副本的质量误差走势。
可以看出每个副本质量是在不停转变的，
上图是BIPM做的另一个实验：检测在洗濯官方副本和IPK之后的十个月内质量的颠簸。可以看到IPK也没能幸免。
总之凭据以上实验数据得出结论，天下局限的原型已经缓慢但无可避免地各自改变着质量。同样清晰的是，与官方副本相比，IPK的质量在上个世纪可能减少了50微克或更多。物理学家们无法提出合理的机制来注释这种漂移的缘故原由，无论是IPK质量的稳固下降，照样涣散在全天下的千克原器质量的增添。现行的千克计量法着实落伍，和时代提高生长严重脱节，需要被镌汰。
事实上呼吁更改千克计量方式的声音最早出现在2005年年度国际计量委员会上。促成这一提议的另一个缘故原由来自于另一个基本单元“米”的界说的生长改变。前面提到当初和40 个千克原器一起被铸造的，另有30个米原器。但之后科学技术突飞猛进，1960年米原器被正式弃用，改为量子物理界说：特定原子能级跃迁的波长的倍数（在《七年之旅量一米》一文中再注释）。1983年，米的界说再次更新，设定为“光在真空中行进1/299792458 秒的距离”（注重， 这里提到了秒，又是一个基本单元，真是一环套一环啊！）。
看人家”米“都搭着光速放飞了，IPK简直太low了。必须抱量子物理这个大粗腿。2011年的国际计量大会原则性赞成以普朗克常量重新界说千克，并决议将原定2015年的第25次集会提前至2014年举行，届时做出最终决议。然则到了2014年，科学家发现现有实验数据还不够完善，因而又决议推迟到今年的集会最终表决。现在要讨论通过的新界说是：
普朗克常数h界说为 6.62607015×10-34 kg·m2⋅s-1
What？！这是什么？看不懂！退票！
老实说笔者和大多数读者一样，完全不懂，这个和一公斤土豆怎么联系起来啊？！
要明了这个界说，还得回到中学物理课堂。普朗克常数数记为 h，是一个物理常数，用以形貌能量子巨细。马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的纪律时发现，每一份能量子即是普朗克常数乘以辐射电磁波的频率。这关系称为普朗克关系，用方程示意普朗克关系式： E=hv；
其中， E 是光子能量， h 是普朗克常数， v 是光子频率。看到E读者应该能联想到另一个著名的公式： E =mc2。爱因斯坦教训我们，能量是可以和质量和光速相关的。
如果我们把上面两个公式联起来，mc2=hv，那么是不是千克和普朗克常数就建立起关系来了呢？很遗憾，这两个E的意义并不相同，以是不能云云操作。但这两个公式也确有关联，它们注释了能量、质量、速率和频率是相关的。以是普朗克常数的单元才是kg·m2⋅s-1。在米和秒这两个基本单元都实现准确界说下，千克的准确界说也成为可能。实在对于大多数和笔者一样的吃瓜群众，能明白到这个水平也就可以了，接下来内容俺们完全可以放弃。由于要准确丈量普朗克常数，需要借助一台极其庞大的仪器：Kibble balance-Kibble 天平。
The NIST-4 Kibble balance-美国国家尺度与技术研究所里的Kibble 天平
Kibble 天平实验难度有多大？2012 《自然》将它列为物理学界最难题的五个实验之一，仅排在寻找天主粒子和引力波之后（有趣的是现在这仨个实验都乐成了！）。通过Kibble 天平实验可以获得将质量和普朗克常数联系起来的方程式中的所有数值。然则要到达BIPM的要求，实验最终的误差要小于50 ppb,也就是十亿分之50。最终在2017年来自美国、加拿大和法国的四次实验数据到达了这一苛刻要求，从而为周五计量大会通过修改千克界说提供了坚实的数据支持。
有趣的是，普朗克常数界说的千克并不是唯一的候选解决方案。另一群科学家试图通过另一个科学常量阿佛加德罗常数来界说千克。阿伏伽德罗常数这个观点人人在中学化学都接触过，它是联系一种粒子的摩尔质量（即一摩尔时的质量），及其质量间的比例常数。阿伏伽德罗常数用于代表一摩尔物质所含的基本单元（如分子或原子）之数目，而它的数值为：6.022140857(74)×1023，括号里的74代表丈量数值的颠簸局限。这个方式好明白多了，如果我们能确保某一元素质料的高纯度，那么只要知道准确的阿伏伽德罗常数，那么我们就能正确制作出一个千克标注，反之亦然。下图就是一个以硅28为质料制成的天下上最圆的一千克球体。
通过它，科学家丈量出了和普朗克常数相似正确度的阿伏伽德罗常数。遗憾的是这个方案最终没能入选。
写到这儿时听说大会已经投票通过修改千克的提议。那么咱们就再来看看新的基本单元关系图吧：
和之前相比，千克由普朗克界说，“受制于”米和秒。开尔文和坎德拉将“受制于”千克，安培被秒“收于帐下”，摩尔傍着阿佛加德罗常数单飞了。
最后说一个人人最体贴的问题：这次更改对我们的一样平常生涯有何影响？谜底是：
然则唯一要同情一下的是中学物理先生和刚上高中的孩子们，课本要改了。。。。
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