孟月

千克的標(biāo)準(zhǔn)在改變！

1千克將不再是1千克了！

不管你信不信，事實(shí)確實(shí)如此。被全世界尊奉為質(zhì)量度量標(biāo)準(zhǔn)的千克原器，辜負(fù)了人們對(duì)它的信任，它在逐年變輕。

1889年，法國(guó)巴黎召開了第一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)。為了統(tǒng)一計(jì)量單位，大會(huì)把國(guó)際單位制中度量和質(zhì)量的基本單位“千克”定義為：“等于國(guó)際千克原器的質(zhì)量?！睆拇?，全世界的質(zhì)量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了大一統(tǒng)。

千克原器是用9∶1的鉑銥合金制成的、高和直徑都為3.9厘米的圓柱體。圓柱體的形狀讓它的表面積盡量減少，從而較大程度降低附著污染物對(duì)它的影響；鉑銥合金的材質(zhì)膨脹率低、不易氧化。它被藏在重重防護(hù)下的恒溫恒壓的儲(chǔ)藏室里，外有3層鐘形玻璃罩，最外一層是半真空的，以防空氣和雜質(zhì)進(jìn)入。儲(chǔ)藏室的鋼門需要3把鑰匙才能打開。鑰匙分別攥在國(guó)際計(jì)量局局長(zhǎng)、國(guó)際計(jì)量委員會(huì)主席和法國(guó)外交部部長(zhǎng)手里。每隔40年，科學(xué)家會(huì)用麂皮填料鉗，將它從所在的位置上取出，用在乙醇和乙醚中浸泡過的布擦拭它的表面，再仔細(xì)用蒸汽將它清洗干凈。

各個(gè)國(guó)家的千克原器復(fù)制品，每隔20年就會(huì)被人從各個(gè)國(guó)家聚集到一起，與巴黎的千克原器進(jìn)行校準(zhǔn)，以確定誤差和穩(wěn)定性。以這樣的校正來確保全世界稱重儀器的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，比如各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的天平、工廠的貨秤，以及我們常用的體重秤。

就這樣平安地度過了100多年。近年來，科學(xué)家失望地發(fā)現(xiàn)，比起復(fù)制品的平均質(zhì)量，千克原器竟減少了近50微克，并且還在持續(xù)減輕。雖然變化量?jī)H相當(dāng)于一粒小細(xì)沙的重量，它卻震驚了整個(gè)科學(xué)界，讓人們開始恐慌。佐治亞理工學(xué)院物理系的名譽(yù)退休教授羅納德·福克斯說：“對(duì)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于十億分之一秒來計(jì)算時(shí)間和遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于微毫米的長(zhǎng)度來計(jì)算距離的世界來說，這個(gè)減輕的數(shù)值會(huì)產(chǎn)生巨大影響。”

科學(xué)界不得不做出告別使用千克原器的決定，可是怎樣保證新的定義與原來的完全一致呢？來自很多國(guó)家的科學(xué)家參與了這個(gè)課題的討論，其中有兩個(gè)提議引起了人們的注意：第一，用純硅原子球體取代鉑銥混合圓柱體；第二，利用已知的“瓦特天平”裝置和電磁能來重新定義千克。這兩種方法都是在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的。

很快，就有科學(xué)家發(fā)出其他倡議，如?？怂沟奶嶙h是，從今以后，克被嚴(yán)格地定義成18×14074481個(gè)碳12原子的重量。目前，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、意大利、日本等眾多國(guó)家的科學(xué)家，都在積極探索更標(biāo)準(zhǔn)、更合理的方法去定義千克。

意大利國(guó)家計(jì)量科學(xué)研究院的喬凡尼·法力和其他研究人員測(cè)得了新的阿伏伽德羅常數(shù)。他們采取的測(cè)量方法是計(jì)數(shù)1千克重的高純硅28球體中有多少個(gè)原子。當(dāng)硅結(jié)晶時(shí)，它會(huì)形成規(guī)律的晶格結(jié)構(gòu)，每個(gè)基本的晶胞中含有8個(gè)硅原子。如果能分別得知硅晶體總的體積及每一個(gè)硅原子所占的體積，就可以計(jì)算出其中硅原子的數(shù)量。這一評(píng)估結(jié)果能夠用于量化普朗克常數(shù)，并且?guī)椭茖W(xué)家以純數(shù)學(xué)常量的形式重新定義千克。預(yù)計(jì)，科學(xué)家將于2018年發(fā)布重新定義的千克概念的消息。