还看千克单位重新定义国际计量标准开启新纪元 “千克”等单位被重新定义2018年11月20日 09:43?新浪科技综合11月16日，第26届
国际计量大会（CGPM）经各个成员国表决，通过了关于“修订国际单位制”的决议。根据决议，国际单位制基本单位中的4个——千克、安培、
开尔文、摩尔分别改由普朗克常数、基本电荷常数、玻尔兹曼常数、阿佛加德罗常数定义。决议将于下一个国际计量日，即2019年5月20日正
式生效。 值得注意的是，这次修改重写了用于定义单位的最后一个物理工件“大K”的命运。即最受关注的“千克”定义，将以量子力学中的普朗
克常数为基准，其原理是将移动质量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，再通过质能转换公式算出质量。 因此，从201
9年国际计量日开始， “大K”将继续以原有状态保存在法国塞夫勒的布勒特伊宫地下保险箱内，为新定义相关研究和国际比对发挥“余热”，但
它将不再出现于任何物理公式中。 BIPM官方数据显示，100年间，各国保存的质量基准、BIPM官方作证基准与“大K”的一致性共发生
了约0.05毫克的变化。但“大K”质量究竟变化了多少至今仍然是个谜。 “用基本物理常数普朗克常数重新定义千克后，质量基本单位更加稳
定，量值传递更加可靠，我们不必再考虑‘大K’质量是否发生变化，更不必担心‘大K’丢失、损坏可能给全球质量量值统一带来的毁灭性灾难。
”李正坤表示。 要用普朗克常数对千克进行重新定义，就需要对普朗克常数进行更为精确地测量，目前这一工作正在进行当中。普朗克常数的准确
数值已经从6.626 070 040 x 10^-34 kg?m^2/s变为6.626069934 x 10^-34 kg?m^2
/s，不确定度从0.000000081?×?10^?34提高到了0.000000013?×?10^?34。得到精确的普朗克常数之后
，就可以使用瓦特天平来对质量进行精确地测量。普朗克常数的单位是m^2 kg / s，除了kg之外，其他长度（m）和时间（s）都有着
很好的定义，且易于测量，因此选用普朗克常数来定义千克是一个比较好的选择。而且新定义很容易被世界各地的实验室重复，因为只要拥有一台瓦
特天平，根据普朗克常数将相应的仪器参数设置正确，那么得出的质量就是一千克，这将会大大方便不同实验室对质量的精确测量和使用。 质量
计量的瓦特平衡把http://www.so.com/s?q=%E8%B4%A8%E9%87%8F%E5%92%8C%E8%83%B
D%E9%87%8F&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn质量和能量联系起来，就
能避开清点原子的困难，但能量耗散的问题同样让科学家们举步维艰。幸好，我们还有瓦特平衡法。经过一系列http://www.so.co
m/s?q=%E5%85%AC%E5%BC%8F&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_te
xtn公式转换，千克定义终于找到了可以依靠的归宿--普朗克http://www.so.com/s?q=%E5%B8%B8%E6%9
5%B0&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn常数。 爱因斯坦著名的质能转换公式
E=mc2，把质量和能量这两个概念从根本上联系起来。这一原理为我们提供了重新定义千克的另一条途径：用等效能量来定义质量。然而，与统
计原子数目的方法一样，这个方案也存在相当大的缺点。例如，质量直接转化为能量的过程，会释放出大量的http://www.so.com
/s?q=%E5%8E%9F%E5%AD%90%E8%83%BD&ie=utf-8&src=internal_wenda_reco
mmend_textn原子能。所幸，我们还有更简单易行的方法，可以克服能耗带来的问题--对传统的http://www.so.com
/s?q=%E7%94%B5%E8%83%BD&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_tex
tn电能和http://www.so.com/s?q=%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E8%83%BD&ie=utf-8&s
rc=internal_wenda_recommend_textn机械能(或机械功)加以比较。大约30年前，http://www.
so.com/s?q=%E8%8B%B1%E5%9B%BD%E5%9B%BD%E5%AE%B6%E7%89%A9%E7%90%86
%E5%AE%9E%E9%AA%8C%E5%AE%A4&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend
_textn英国国家物理实验室(NPL)的http://www.so.com/s?q=%E5%B8%83%E9%87%8C%E5%
AE%89&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn布里安基布尔设计了一个方案--现
在被称作瓦特平衡法(也叫瓦特天平)，可以通过测量虚功来绕过能量损耗的问题。换言之，只要设计一个相当精巧的两步操作，http://w
ww.so.com/s?q=%E7%A7%91%E5%AD%A6%E5%AE%B6&ie=utf-8&src=internal_w
enda_recommend_textn科学家就能排除原本看似无法避免的http://www.so.com/s?q=%E8%83%
BD%E9%87%8F%E6%8D%9F%E5%A4%B1&ie=utf-8&src=internal_wenda_recomme
nd_textn能量损失。这个方案用约瑟夫森效应和量子霍尔效应来精确测量电阻(单位为欧姆)和http://www.so.com/s
?q=%E7%94%B5%E5%8A%BF&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn
电势(单位为伏特)，使标准的千克、米、秒等基本物理量联系起来。两种效应都与普朗克常数有关，因此，借助这一方法，科学家就能以非常高的
精度测量出普朗克常数的值。 在瓦特天平中包含一个http://www.so.com/s?q=%E5%B8%B8%E8%A7%84
&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn常规天平，刚开始，研究人员把一个质量为m的
物体悬挂在常规天平的一端，http://www.so.com/s?q=%E5%8F%A6%E4%B8%80%E7%AB%AF&ie
=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn另一端挂着一段总长为L的http://www.s
o.com/s?q=%E7%BA%BF%E5%9C%88&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommen
d_textn线圈，线圈位于一个磁场强度为B的http://www.so.com/s?q=%E7%A3%81%E5%9C%BA&i
e=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn磁场中。在线圈中通以强度为i的电流，线圈就受到
了一个大小为BLi的力的作用。仔细调节电流强度，直至天平恰好平衡(也就是使mg=BLi)，然后撤掉重物和电流，进入实验的第二阶段。
让线圈以速度u穿过磁场，切割磁力线，线圈上就会感生出电压v(http://www.so.com/s?q=%E7%94%B5%E7%
A3%81%E6%84%9F%E5%BA%94%E7%8E%B0%E8%B1%A1&ie=utf-8&src=internal_w
enda_recommend_textn电磁感应现象，V=Blu)。第二阶段的目的就是要求得BL的乘积，用其他任何方法都很难测定B
L的http://www.so.com/s?q=%E6%95%B0%E5%80%BC&ie=utf-8&src=internal_
wenda_recommend_textn数值。如果磁铁和线圈均能保持充分稳定，使BL之积在实验的两个阶段中完全相同，那么综合两步
的结果，就可以得出http://www.so.com/s?q=%E7%AD%89%E5%BC%8F&ie=utf-8&src=in
ternal_wenda_recommend_textn等式mgu=Vi，表明http://www.so.com/s?q=%E6%
9C%BA%E6%A2%B0%E5%8A%9F%E7%8E%87&ie=utf-8&src=internal_wenda_reco
mmend_textn机械功率(力与速度之积，即mg乘以u)等于http://www.so.com/s?q=%E7%94%B5%E
5%8A%9F%E7%8E%87&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn电功率(电
压V与电流强度i之积)。将v和i的值分开测量，同时把mg和u的值分开测量，实验结果就可以不受任一实验阶段中实际http://www
.so.com/s?q=%E5%8A%9F%E7%8E%87%E6%8D%9F%E8%80%97&ie=utf-8&src=int
ernal_wenda_recommend_textn功率损耗的影响(也就是说，称量阶段中线圈耗散的http://www.so.c
om/s?q=%E7%83%AD%E9%87%8F&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_t
extn热量及运动阶段的摩擦损耗均不影响实验结果)。因此，这套http://www.so.com/s?q=%E8%A3%85%E7
%BD%AE&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn装置可以说是测量出了"虚"功。
为了测定瓦特平衡法称量过程中电流强度i的值，科学家让电流流过一个电阻。电阻的http://www.so.com/s?q=%E9
%98%BB%E5%80%BC&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn阻值通过量子
霍尔效应来测量，这样就可以用量子力学来描述电阻的值。电阻上的电压和线圈上的电压则借助量子力学的约瑟夫森效应来描述。最终结果使研究人
员可以用普朗克常数和频率来表示电功率。等式中的其他项仅与时间和长度有关，因此，研究人员可以用普朗克常数，加上米和秒来定义质量m，而
米和秒这两个单位都已经建立在http://www.so.com/s?q=%E8%87%AA%E7%84%B6%E7%95%8C&i
e=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn自然界中的常数http://www.so.co
m/s?q=%E5%9F%BA%E7%A1%80&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_te
xtn基础上了。上面的资料来自于网上，我们没有这方面的资源。从这些资料看到，国家一公斤质量标准是用电磁力来代替了，大家伙有什么想法
呢？ 我们说说是，天平是左右两边的力矩平衡的装置。是作用力与反作用力的比较。天平就是非常公正，所以才叫天平。两边的距离是相等，是绝对的相等，那么比较的是两边的地球对物体引力、斥力的大小，如果指针就不会指在零位的，那一边重就偏上那一边。1、天平两端一端是物体，是地球对物体的引力，当然还有微小的斥力。另一端是通上电的线圈，是认认真真的电磁力，电磁力分为引力和斥力。地球对物体的引力是电磁力，对不对？2、从装置中看到，物体是电磁物质的聚集体，或者说是电磁物质的集合。3、大家都知道宇宙、地球是一个变化的、不均匀的电磁场，那么组成地球、宇宙的任何物质都是变化的电磁场，都是由电磁场物质组成，你说对不对。你人类的一员，那么你是不是人？可能也是不见得，或者说不一定是人，是一个特殊动物，反正不是人。 |
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