經過數十年的爭論和廣泛的測試,一個國際科學家小組可能最終會就一公斤的確切品質達成一致。
您可能認為一公斤的質量已經很明顯了 - 它是 1,000 克,或 2.2 磅,對吧? 但這件事比這更複雜,因為現在,一公斤的質量是由一個物理物體定義的——一塊位於法國金庫中的實心金屬,被稱為「金庫」。國際公斤原型(IPK),或「Le Grand K」。
世界各地還有許多這種圓柱體的其他複製品,但一公斤本質上僅由 IPK 的重量來定義。 而且這是唯一的國際單位制 (SI)這仍然是由物理物件定義的。
這聽起來相當瘋狂——從科學的角度來看,確實如此。 儘管 IPK 的保護有多嚴密,但隨著時間的推移,它仍然會失去和獲得原子——事實上,圓柱體似乎變得稍微重了一些多年來由於表面污染。
由於我們的許多科學假設都是基於公斤的質量以及其他六個國際單位的質量保持不變,所以這是一個大問題。 更不用說地球上的每個人都應該能夠找出一公斤的確切質量,而不僅僅是那些能夠使用 IPK 的人。
這就是為什麼科學家在過去二十年裡一直試圖建立一個獨立於 IPK 的一公斤的設定品質。
但這並不像您想像的那麼容易。 儘管可以確定公斤質量的實驗在 20 世紀 70 年代就已提出,但直到去年,兩種不同的方法才能夠取得足夠相似的結果,足以取代 Le Grand K。
基本上,要在沒有 IPK 的情況下定義一公斤,科學家需要知道普朗克常數,該常數將粒子的能量與其頻率聯繫起來 - 但令人驚訝的是難以測量。
由德國國家計量研究所所長約阿希姆·烏爾里希 (Joachim Ullrich) 領導的一個團隊成功地做到了這一點建造兩個完美的矽球每個的重量都等於一公斤,然後計算其中的每個原子。
另一個團隊使用了一種稱為瓦特天平的設備,其目的是透過對測試物體的電磁力進行稱重來獲得普朗克常數的值。
可以說,所有這些都花費了許多研究人員大量的時間。 但去年年底,《自然》雜誌報道稱,兩個團隊達成了一項協議,並成功地獨立定義了普朗克常數,誤差在十億分之十二以內。 這些數值現已發布,正好趕上計劃於 2018 年對 SI 單位進行更廣泛的重新定義。
然而,這一切還沒有完全確定。 現在,在確定普朗克常數的數值之前,團隊必須在 2017 年 7 月 1 日之前發布進一步的數據。
烏爾里希的團隊現在正計劃在此之前進行一次更精確的實驗,如果普朗克常數的值出現很大差異,這將給工作帶來很大麻煩。
但國際度量衡局(IPK 位於法國塞夫爾)的前品質部門負責人理查德戴維斯 (Richard Davis) 相信這種情況不會發生。
“這列火車動力強勁,一定存在嚴重問題才會脫軌。”他告訴伊麗莎白·吉布尼自然。
如此看來,Le Grande K 或許終於可以迎來期盼已久的退休了。 如果您想知道它接下來會做什麼,不用擔心,它會安全地存放在博物館中。
“我們會保留它,”戴維斯說,“但它不會再定義任何東西了。”