千克标准Le grand K退休，h代之重新定义

诸平

IT'S OFFICIAL – the science community has voted! All of the SI units will be defined by fundamental constants of nature as of 20 May 2019!

据《洛杉矶时报》（Los Angeles Times）Deborah Netburn报道，国际标准千克在130多年以来，首次被重新定义。

为了统一标准，1879年，科学家们聚集法国，使用铂铱合金制成了一个标准的圆柱型金属体“Le Grand K”，它被当作“1千克”的原型。就这样，一个多世纪过去了，世界上所有的“千克”重量都参照Le Grand K的体重来制定。但科学家在进入21世纪之后的几年间，发现了一个严重的问题：Le Grand K自身的“体重”正在悄悄变轻！虽然外界对Le Grand K的体重减轻原因很感兴趣。但如此重要用途的物理标准产生缺陷，后果让人不寒而栗。后来，科学家们在寻找一种新的手段来重新定义1千克，就像当初他们改变1米的定义一样——本来，“一米”的长度范围定义是紧邻“Le Grand K”的一根金属棒，现在，这根金属棒已经退休，一米的长度等于光在真空当中运行1/299792458秒的距离。

为什么“Le Grand K“重量改变会引发如此多的争论？因为世界需要标准化以及规范化。微小的变化累积起来的误差会很惊人。Le Grand K的变化不仅仅会对重量计量本身造成影响，还会影响其它标准的建立，因为千克也被用来作为其它度量衡的工具。

国际千克原器：最初规定在4℃时1 dm³纯水的质量为1 kg。后来用铂铱合金(10%Ir+90%Pt)制成一个高度和直径都是39 mm的圆柱体，在1819年国际计量大会上批准为国际千克原器。它现今保存在巴黎的国际计量局总部，所有计量的测量都应溯源到该千克原器。最初的千克质量单位是由18世纪末法国采用的长度单位米推导出来的。1 dm³纯水在最大密度(温度约为4摄氏度)时的质量，就定为1 kg。

1799年法国在制作铂质米原器的同时，也制成了铂质千克基准，保存在巴黎档案局里。后来发现这个基准并不准确地等于1 dm³最大密度纯水的质量，而是等于1.000028 dm³最大密度纯水的质量。于是在1875年米制公约会议之后，也用含铂90%、铱10%的合金制成千克原器，一共做了三个，经与巴黎档案局保存的铂质千克原器比对，选定其中之一作为国际千克原器。这个国际千克原器被国际计量局的专家们非常仔细地保存在特殊的地点，用三层玻璃罩好，最外一层玻璃罩里抽成半真空，以防空气和杂质进入。随后又复制了40个铂铱合金圆柱体，经过与国际千克原器比对后，分发给各会员国（包括一些已经不存在的国家，如荷属东印度[即现今的印度尼西亚]）作为国家基准，在第二次世界大战前，拥有国际千克原器复制件曾是一个国家的无上荣耀。历史上德国通过统一获得了4个复制件，而没收国际千克原器复制件也是对战败国的惩罚之一。跟米原器一样，千克原器也要进行周期性的检定，以确保质量基准的稳定可靠。

但是,在2007年的一次检查中，相关人员发现有118年历史、用铂和铱混合铸造的圆柱形铸件——国际千克原器减轻了大约50 mg。没有人能说出它的重量减轻的原因。虽然相关人员将这个千克原器小心地存放在巴黎附近的一个设施里，但它的重量还是发生了改变。

国际质量和测量局的物理学家理查德德·戴维斯(Richard Davis)说，与众多复制品的平均质量相比，这个标准砝码轻了50 mg。戴维斯说：“对于这个变化，我们尚未找出任何合理的原因。还不能确定究竟是标准砝码的材料质量变轻了，还是国家现行的通用砝码变重了。”

鉴于以上原因，世界各地的科学家们于2018年11月齐聚法国巴黎，最终由来自世界各地的专业人士决定任何度量单位的变化。

《洛杉矶时报》Deborah Netburn2019年5月20日报道，保存在巴黎郊区的一个地下墓穴里，有一个名叫Le Grand K的很小金属圆筒。它130多年来，这个高尔夫球大小、由90%铂和10%铱组成的庞然大物一直是国际标准千克。这意味着它是唯一一个可以测量地球上所有其他千克的物理物体。如果空气中微小的污染物使Le Grand K变重了一点，那么千克本身也变重了一点。如果一次严格的清洁或轻微的划伤使它变得更轻，那么千克本身也会变得更轻。事实上，据估计，在它的一生中，Le Grand K已经失去了50微克的质量。这种千克原器长期统治即将结束。

从2019年5月20日开始，千克将不再由另一个物体来定义，而是由一种被称为普朗克常数的自然基本性质来定义。就像光速一样，普朗克常数的值也不会波动——它以极其精确的精度构建在宇宙的结构中。

美国马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology (NIST) in Gaithersburg, Md. )的物理学家斯蒂芬·施拉明格(Stephan Schlamminger)说:“与物理物体不同，基本常数不会改变。”“现在无论你在地球上、火星上还是仙女座星系，1 kg的质量都是一样的。”

致力于测量科学的研究人员表示，千克的新定义——以及摩尔(测量非常小的粒子的数量)、安培(测量电荷)和开尔文(测量温度)的类似变化——代表着人类的一个深刻转折点。

NIST主任Walter Copan说:“越来越精确的测量能力是我们人类进步的一部分。”

我们大多数普通人几乎不会注意到这种转变。杂货店里的4磅 (1.81437 kg) 鸡肉和星巴克的1磅 (0.453592 kg) 咖啡豆将保持不变。

斯蒂芬·施拉明格说:“我们不想冲击整个系统。”

2018年11月13-16日，国际度量衡大会第26次会议（General Conference on Weights and Measures, CGPM）在法国凡尔赛宫举行。CGPM是世界上精确测量的最高国际机构。第26届CGPM会议是非常特别和历史性的，因为成员们投票通过了130年前的“Le grand K 作为kg国际单位制的重新定义，即根据普朗克基本常数(h)来定义kg。新定义于2019年5月20日生效。

更多信息详见相关报道。

Four base units of measure in the metric system about to be changed

Kilogram gets a new definition 

By Pallab Ghosh        Science correspondent, BBC News 
Adieu, Le Grand K: The kilogram to be redefined for the first time in 130 years