它不太稳定 让外星人知道会笑话地球人的 

科学界准备换成量子力学中的常数

11月13日至16日，第二十六届国际计量大会在法国凡尔赛宫举行。本届大会将重新定义国际计量单位中的四种基本单位。其中，“千克”无疑是普通人最为熟悉的重量单位。

近年来，科学家发现，作为“千克”基准的国际千克原器，质量发生了微小变化。这一变化对于普通人的生活来说，没有太大影响；但对于精密实验和测量，可能是个大麻烦。

本周五，与会的60国代表将会投票表决，是否利用普朗克常数来取代一块金属作为“千克”的定义。投票将全程直播。如果投票通过，这套衡量质量的新标准，可能在明年5月20日（国际计量日）正式启用。

千克原器简史 “千克”如何定义？

我们的体重是××千克。凭什么这么说？真要质问的话，国际千克原器可能是你要找的对象。它是个39毫米高、底面直径也为39毫米的金属圆柱体，由9∶1的铂铱合金制成，具有极强的抗氧化性和抗化学腐蚀性。

1889年，在法国巴黎召开的第一届国际计量大会将国际单位制中度量质量的基本单位“千克”定义为：“等于国际千克原器的质量”。这个“身高等于腰围”的圆胖子，还得了个昵称“大K”。

“大K”就像俄罗斯套娃一样，被罩进三层玻璃罩。最外一层玻璃罩里抽成半真空，以防空气和杂质进入。然后，它住进了位于巴黎郊区的国际计量局的地下储藏室。打开储藏室的三把钥匙由三名不同国籍高层人士分别保管，取出原器时需要三人同时开锁。

人们曾希望，它永不改变。不过，1992年，科学家就发现，比起复制品的平均质量，“大K”的体重减少了近50微克。到了2013年，德国《计量学》杂志刊载研究报告称，“大K”因表面遭污染而增重数十微克。科学家借助X射线光谱学成像技术，发现大K表面附着数十微克碳基及汞污染。碳可能来源于汽车尾气，汞污染物则来自实验室内偶尔打破的水银温度计和水银气压计。

50微克，大约是一粒沙子的十分之一。但无论“大K”的体重是增是减，有一点是肯定的，它所代表的“千克”不太稳定。

“千克”怎么来的？

18世纪末，法国国王路易十六召集一群科学家，帮助他制定一套通用度量衡。最初的千克质量单位是长度单位米推导出来的——1立方分米纯水在最大密度（温度约为4℃）时的质量，就定为1千克。不过，在1799年，科学家发现，这个基准并不准确。他们在测量1立方米纯水时，只测到了几年前测出重量的99.92072%。

过了近一个世纪，科学家才制作出国际千克原件“大K”。同时制作的还有几十件复制品。其中6个官方复制品与“大K”保存在同一个地下室，其余的则到世界各地，成为不同国家的原器或质量基准。它们是“大K”的同胞兄弟，也是遣往各国的使臣，担负着校正全球质量标准的任务。在第二次世界大战前，拥有国际千克复制件曾是一个国家的无上荣耀。

1977年，中国成为国际计量大会的与会代表之一。60号和64号两颗“大K”复制品驻扎在计量科学研究院北京昌平实验基地。它们每隔20年都要不远万里回到巴黎述职，与官方复制品对比，接受长达数月的严格检查，以确定误差和稳定性。待它们返回后，这样的校正传递会一直抵达基层，确保国内称重仪器的准确和统一，比如各个实验室的天平、工厂的货秤，再比如，你家里的体重秤。

与时俱进

这块藏在巴黎的金属 会让地球人成为宇宙的笑柄

早在2015年，就传出了“大K”退役的消息。过了129年，人类还在用一块金属来定义重量单位，不少科学家认为这是一个耻辱。

美国国家标准与技术研究院物理学家史蒂芬·斯拉明格说：“如果外星人到访地球，我们首先会与他们交流的，一定涉及物理法则。如果我们讨论物理，那么就一定会涉及单位。如果让外星人知道，我们还在用一块藏在巴黎的金属来定义质量，大概地球会成为宇宙中的笑柄。”

国际计量大会近几十年先后修改多个基本计量单位的定义——以基本物理常数定义计量单位，可大大提高稳定性和精确度。

比如“秒”，过去被定义为一天的几分之一，但现在是用铯原子的电子发生一次能级跃迁所需要的时间来定义的。

“米”也比过去更酷炫了。18世纪末，法国科学院将“一米”定义为北极点到赤道，沿穿过巴黎的子午线距离的千万分之一。大约一百年后，“一米”成了一根特定的铂铱合金棒的长度。在最近一次重新定义中，也就是1983年，“一米”改用真空中的光在一秒内行进距离，即以光秒作定义，1光秒接近30万千米。

其他将会在大会上重新定义的三个单位：安培（电流单位）、开尔文（温度单位）和摩尔（物质的量的单位），也将由自然界的基本常数来定义。

“大K”退休

“对整个度量衡系统而言，千克就像白色夹克衫上的黑污点。”有人不客气地评论。因为如果有人在“大K”前打个喷嚏，国际质量标准可能就会乱套。

这一届国际计量大会准备让“大K”卸任，以量子力学中用于计算光子能量的普朗克常数数值为基准，重新定义“千克”，原理是将移动质量1千克物体所需机械力换算成可用普朗克常数表达的电磁力。

支持更新定义者说，用普朗克常数定义“千克”比实物基准稳定至少100万倍。

国际计量局局长马丁·米尔顿解释说：“称1千克土豆不需要多高的精确度，但对精密科学和工业的多类应用，1千克不再是合适的计量单位。”比如，随着医药和化学工业发展，越来越多药品成分的测量需要精细到微克。

米尔顿说，“大K”尽管不再是“完美的千克”基准，但仍将以现有保存方式存在。科学界将在今后数十年观察它随着周围环境改变而发生的重量变化，让它继续为科学做贡献。

也许，未来“大K”会被陈列在某个博物馆里。有人搅动它身上的积灰时，终究还是会打个喷嚏喷在它身上。