全球约60名科学家十一月十六日在法国巴黎举行的国际度量衡大会上,投票一致通过不再以沿用了过百年的一个合金圆柱体来定义「公斤」,改为以物理学中的「普朗克常数」(Planck constant)作为公斤的新标准,原因是位于巴黎的合金圆柱体随着年月,重量正逐渐减少,希望新方法能得出更精准和稳定的质量测量。虽然这种误差对日常生活影响不大,但若误差继续扩阔,对依赖细微测量的科研、医药或工程等范畴有实际影响。
旧公斤原器为铂铱合金
自1889年以来,全球均以一个由90%铂(platinum)及10%铱(iridium)组成的「铂铱公斤原器」(IPK)作为1公斤的标准。这个高和直径约4厘米的圆柱体昵称为「大K」(Le Grand K),有不易膨胀与氧化的特性。
Le Grand K
「大K」一直存放在巴黎近郊的国际度量衡局总部(BIPM)一个3层密封玻璃罩内,平时不会任意取出,需要3名保管者各自持有的钥匙才能打开密封罩,一般只有在各国原器复制品需要校准时才会取出。全球不少国家都有「大K」复制品,每隔约40年,这些复制品就要送回巴黎,以便与「真身」校准。
国际度量衡局总部
质量渐减少影响科研
不过,科学家发现,理应维持质量不变的公斤原器,因受到灰尘及空气等影响,重量不再稳定,2007年检查时发现它在质量上少了约10亿分之50克,相当于一根眼睫毛的重量。这虽看似很微小,但足以影响精确运算。英国国家物理实验室质谱专家戴维森(Stuart Davidson)说:「从科学角度来看,这是不可接受的。即使大K目前符合标准,但100年后不会。」
新系统计算提升物件的力量
为了更准确和稳定衡量公斤,科学家2011年考虑不再以实物作为质量标准,改以普朗克常数来定义公斤。普朗克常数是一个物理常数,用来描述量子大小。要计算普朗克常数的数值,其中一个方法是「基布尔秤法」(Kibble balance),透过计算提升物件所需的力量来量度其质量,做法是在天秤一端放一件电磁铁,另一端是1公斤砝码,量度要加强多少电流才能令电磁铁向下,以与砝码达到平衡,其误差度只有0.000001%。
英国国家物理实验室的鲁宾逊(Ian Robinson)表示,采取这个新系统后,以后各国毋须每隔数十年将大K复制品送回巴黎核对,人们可用「基布尔秤法」在任何时间和地方测量1公斤的标准。
今次大会通过更改重量量度标准,意味着在明年5月起,所有量度单位如长度、时间、温度等都将按照大自然常数来量度,减少误差。
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