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为科技界服役130年 国际千克原器可能要退休了

一千克究竟有多重?这个看似简单的问题,科学家却探索了百年。

11月16日,来自60多个国家的计量科学家将汇聚在法国凡尔赛,共同见证对“修订国际单位制”的1号决议进行的表决,届时,7个基本单位中的4个或将改由物理常数重新定义。

11月13日,由国际计量局组织的第26届国际计量大会在法国凡尔赛开幕。在国际计量局物理计量所功率天平组工作的李世松博士正在会议现场,他在接受科技日报记者采访时表示,本次会议是科技界期盼已久的盛会,因为会议有一项重要议程——对“修订国际单位制(SI)”的1号决议进行表决。

16日,来自世界60多个国家的计量科学家将共同在现场见证此次表决。如果决议获得通过,7个国际单位制基本单位中,有4个将被重新定义,届时,7个基本单位将全部由基本物理常数定义。新国际单位体系将于2019年国际计量日(5月20日)起正式生效。这将是1875年《米制公约》签署以来,国际测量体系面临的最重大变革,对科技创新、产业发展影响深远。

修订后基本单位量值更稳定

“这次单位修正,共涉及4个基本单位。质量单位千克将采用普朗克常数定义,电流单位安培将采用基本电荷量定义,物质的量单位摩尔将采用阿佛加德罗常数定义,温度单位开尔文将采用玻尔兹曼常数定义。用这些不变的参考基准作为测量的基础,意味着这些单位的定义在未来是可靠、不变的。”李世松告诉记者。

启蒙时代起,测量界就致力于建立一个寰宇通用的测量系统。用实物作为测量基准虽然是一个可行的方式,但因为实物很容易受到人为或环境因素的损坏,稳定性会受到影响,测量界一直想要尽早摒弃这种方式。

同时,随着高精尖科技的发展,我们也需要更稳定、准确的测量。于是,用物理常数重新定义国际基本单位的方案被提了出来。用常数的方式定义测量单位意味着这些定义将适应下一代科学发现的需要。

本次国际单位制的修订将使所有的基本单位都建立在我们描述自然界所用的基本物理常数上。由这些自然常数组成寰宇通用的测量基础,将使科学界、工业界和人类社会拥有一个更加可靠、一致、全范围(大至很大,小至很小)的测量系统。

据了解,质量单位千克的现行定义是一块保存在国际计量局的铂铱合金圆柱体——“国际千克原器”的质量;电流单位安培的现行定义是一恒定电流,若它保持在处于真空中相距1米的两根无限长而横截面大小可被忽略的平行直导线内,则这两根导线之间产生的力在每米长度上等于2×10-7牛顿;物质的量单位摩尔的现行定义是所包含的基本单元数与0.012千克碳-12的原子数目相等;而温度单位开尔文的现行定义则等于水的三相点热力学温度的1/273.16。

李世松表示,这次国际单位制修订的主要目的,是消除现行定义中所使用的实物基准随时间、地点、环境产生的未知漂移,建立一套与基本物理常数挂钩,适用于自然界基本物理定律的,对相应量值的复现不受时间、地点、环境约束的国际单位新体制。

国际千克原器发生50微克漂移

由于质量单位千克是目前唯一还在使用实物基准定义的基本单位,因此科技日报记者独家采访了中国计量科学研究院力学与声学计量科学研究所副所长王健研究员,请他详细介绍有关质量单位千克的定义的来龙去脉。

王健介绍,早在1799年,科学家们就发现水在4摄氏度时的密度最为稳定,因此将4摄氏度时1立方分米水的质量定义为1千克。然而,由于以水为标准的质量既不方便又不稳定,1889年,千克又被批准由一块采用工业革命技术打造的铂铱合金圆柱体来定义,其中铂含量为90%,铱含量为10%,铂铱合金满足了千克原器稳定性和耐腐蚀性要求。

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