2018 年的国际计量大会为什么要修改 摩尔、千克、安培、开尔文等国际单位制的单位?

先了解一下为啥老是定义各种各样的物理量。

最早的时候,长度单位“米”由法国科学家组成的特别委员会定义的。他们把通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位“米”。这个看起来很精确。

但是后来改了。改了是为啥呢?就是觉得这个定义不准。1米应该就是1米,不会因为外界条件而改变。指不定哪天地球炸了,或者某一天人类去了其他星球,上哪儿找1米去?所以这个定义最后还是被改了。19世纪末期,镉(Cd)的红色谱线被发现了,具有非常好的清晰度和复现性,在15摄氏度的干燥空气中,其波长等于 y=6438.4696×10e(-10)米。然后就重新定义了米,这和老罗的重新定义是不一样的。

但是这样定义也不是完全精确的,也有点儿复杂。后来又改成光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所经路程的长度定义为1米。这个宇宙哪个地方没有光啊?有光的地方,就可以找到最标准的1米,方便又准确。这也是为啥这个定义又覆盖了之前的定义,成为了目前为止最准确,最令人信服的定义。

说回今年的国际计量大会。

在法国巴黎国际度量局中保存有一个“千克原器”,用这玩意儿可以定义1kg到底是多少。大家都拿个仿制的模型回去,就认定这是1kg了。这也是在2018年之前,唯一一个还在用实物当标准的基本单位。但是这玩意儿不靠谱,随着时间推移,这原器未必就可以保持稳定,可能会产生各种物化变化。所以这原器也不靠谱。因此换一个定义会比较好。我们都知道,很多物理量都可以通过物理学公式相互转换,比如著名的欧姆定律,就可以把电压、电流和电阻简单地通过数学公式联系起来。而质量也是一样,我们都知道

E=mc^{2},E=hv 。其中 h 就是大名鼎鼎的普朗克常数了,而 mc 分别是质量和光速。令 m =1kg,就可以用时间单位秒( s ),长度单位(meter, m )以及普朗克常数来定义了。这样以来,以后在宇宙的任何一个地方,都不会丢失关于1kg具体的值了。

除去千克,定义的其他三个单位,摩尔,安培、开尔文也是一样的,最本质上都是为了牢牢固定住这些基本物理量的值,让这些物理量不会因为时间和空间的改变以及人工操作而产生偏差才去更改其定义和标准的。正如所报道的,之前对这些基本物理量的定义都会有一些误差或者不确定度,通过使用一些常数和重新定义可以让其消除这些隐藏的问题。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:知乎用户(登录查看详情)

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