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一秒有多长 一公斤多重?新标准将颠覆你认识

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以重量单位“千克”为例,自1889年起,千克的大小就由一枚“国际千克原器”(International Prototype of the Kilogram,简称IPK)定义着。

国际千克原器的电脑图像 (图片来源:维基百科)

“国际千克原器”由不易腐蚀的铂合金制成,被存放在国际计量局位于巴黎郊区的总部。我国目前使用的千克原器是于1965年从英国引进的,编号为No.60,在1986年被批准为国家质量基准。

2018年11月16日,随着新版国际单位制的诞生,这套人类社会使用上百年的法则从而被颠覆:重量、长度、电流、温度等7大单位今后将由常数定义,国际千克原器也将退役。

12月11日,市场监管总局召开新闻发布会,计量司司长谢军表示,明年5月20日起中国将开始使用新修订后的国际单位制。

当然,对于普通人来讲,国际单位制的修订并不会影响日常生活中的使用,一公斤的重量也不会平白无故多出一两来。但对于科学技术的进展来说,这一改变将为今后科学的发展“插上翅膀”。

图片来源:摄图网

说不定,今后00后们在中学物理课本上学到的度量衡等单位,就将和现在有所不同了呢。

国际千克原器,跟咱有关吗?

要问你一件东西有多重,你肯定会回答说,到菜市场找个大妈的电子秤就能得出答案。但你知道大妈秤上的1千克是怎样被定义出来的吗?

一百多年前,人们造了一个精准的“砝码”——国际千克原器。从此,人类重量的概念都是参考它而来。但经过百余年的运行,由于岁月的侵蚀,这个国际千克原器和各国的千克原器出现大约50微克偏差。

各国千克原器的质量变动 (图片来源:维基百科)

怎么办?这难不倒智慧的人类。11月16日在巴黎召开的第26届国际计量大会决定,到明年的5月20日,“国际千克原器”将正式退役。

问题是:国际千克原器退役后,菜市场大妈的电子秤不准找谁说理去呢?别急,这也难不倒智慧的人类。全球测量科学家通过研究精确测算出一个固定的数值,再用这个常数复现量值,就可以得出1千克究竟是多重了……

也许你会问,不用国际千克原器,改用常数定义重量跟我们有什么关系?是的,或许你在明早起身去往菜场,卖菜大妈的电子秤并未发生任何变化,但这对人类科技的进步却有着重大的影响。

谢军表示,此次变革从表面来看,大家可能感觉不到发生的变化,就如同我们给房子换了一个更加坚固的地基,并不太会直接影响我们生活起居,但它实际上已经发生了“脱胎换骨”的变化。

这次重新定义生效后,对于大多数科研人员以及普通人的日常生产生活来说,不会直接造成大的改变,原有的测量结果仍将是连续的、稳定的。但从专业角度观察,重新定义将改变国际计量体系和现有计量格局。

谢军指出,这将为当前世界范围内正在进行的新一轮以信息技术、大数据和人工智能为特征的科技革命,插上飞翔的“翅膀”。

并且,重新定义将催生新的测量原理、测量方法和测量仪器。谢军表示,集多参量、高精度为一体的芯片级综合测量,不受环境干扰无需校准的实时测量,众多物理量、化学量和生物量的极限测量等将成为可能,测量仪器仪表形态将全面创新。这将为我国实施“科技强国”战略,走向工业制造强国,带来重要机遇,也将迎来重大挑战。

无处不在的精准测量,将直接促进市场公平交易、实现精准医疗、改善环保节能等等,将进一步促进社会诚信建设、降低社会管理成本,将惠及人类生产生活的方方面面,实现社会的全面进步。

七大单位全部由常数定义

说了半天重量,你可别以为只改了千克,实际上7个基本单位全部实现了由常数定义,包括千克、安培、开尔文、摩尔、秒、米、坎德拉。

简单说,这7位就是“单位界”的“三原色”,其他很多单位都可以由这7个基本单位组合导出。

图片来源:视觉中国

中国计量科学研究院院长方向在新闻发布会上打了个比方,国际单位制规定了7个具有严格定义的基本单位,好比7块独立又相互支撑的“基石”,构成了国际单位制的“地基”。

新定义产生后,国际单位制的客观通用性将得到保障。以千克为例,方向介绍说,最早的1千克是用1立方分米纯水在4摄氏度时的质量来定义的,这实际上受到了温度、气压、水和容器等环境因素和测量过程的限制。

人们在19世纪末采用最先进的材料和工艺打造了国际千克原器,目的也是为了规避这些限制。但是尴尬的是,国际千克原器有且只有1个,无论它准不准,各国都必须以它为准。不仅如此,大家还得定期抱着自己的国家千克原器到位于法国的国际计量局校准。山高水远,相当麻烦。参照标准一旦变成了一个常数,这些事儿就不存在了。

方向指出,新定义生效后,理论上任何地方的任何人,都可以根据定义复现1千克,直接避免了长途携带国家千克原器可能带来的风险。

往远了说,一旦有一天我们在火星上过起了日子,就不用带着国际或国家千克原器上天啦,毕竟一个数字,到哪也不会失准。



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