首页 > 资讯频道 > 探索发现 > 正文

1公斤有多重是谁规定的？新的国际基本单位正式启用了

2019-05-22 11:38:57来源：周花卷

认识长度和重量是小朋友数学启蒙的一个重要内容，但是当你跟娃说，你看这块肉啊，你拎一下啊，这么重就是1公斤，他一定会给你发出灵魂拷问：为什么啊!?

面对这种灵魂拷问，很多人给出的答案可能都很简单粗暴——因为这个都是人们规定好的呀，人们规定这么重是1公斤它就是1公斤咯!

这个答案当然也不能算错，因为1公斤是多重，当然是由人来规定的，但问题是，这个1公斤到底是多重是怎么规定的呢?或者换个问法：我怎么知道1公斤到底是多重呢?

有人说，用秤称一下不就好了吗?唔，那你凭什么相信这个秤是准确的呢?或者换个问法：生产秤的厂家，用什么东西来做标准才能知道自己的秤是准确的呢?

昨天是个好日子，大家大概都忙着表白了，有一则新闻不知道大家有没有看到，就是新的国际基本单位定义于5月20日正式启用了：

这则新闻里面提到，包括千克在内的4个基本单位有了新的定义，这到底是怎么回事?借这个机会，我觉得正好回答一下娃的灵魂拷问：1公斤到底是多重呢?

1公斤，其实按标准说法应该叫1千克，它最开始的定义就是1立方分米的水的重量。但是，水这个东西吧，它的密度是会随着温度改变的，密度一改变，同样体积的水的重量也就改变了，这变来变去的怎么能行呢?于是，1795年，法国第一次在法律中规定，1千克就是1立方分米的水在0度时的重量。

后来人们又发现，0度这个点并不是很稳定，因为0度是水的冰点，水一结冰，测出来的体积又不准了，这也不能行啊。后来科学家发现，4度的时候，水的密度是最大的，也就是说，这是一个水的密度最稳定的温度点。于是，1799年，法国又把这个定义给改了，改成了4度时1立方分米的水的重量。

1立方分米也就是1升啦

尽管人们对千克这个单位有了一个定义，但是这个重量总得有个实物的标准来方便比较，毕竟不能每次都灌一桶水是吧?于是，还是在1799年，随着新定义的发布，科学家对“4度时1立方分米的水的重量”进行了精密的(只能说是在当时的条件下最精密的吧)测定，并用纯铂铸造了一个同样重量的金属块，这就是最早的“千克原器”。有了千克原器，那么千克的定义就变成了这个金属块的重量。不管你生产秤也好，还是制定什么其他的标准也好，都要按照这个金属块的重量为标准来进行。

到这个时候为止，所有这些工作还都是法国人在搞，但到了十九世纪，度量衡就渐渐变成了一个国际问题。法国在这件事上已经有了标准，那当然希望大家都按照他们的标准来搞。于是，法国就出钱赞助开了一系列国际会议，请各个国家的代表都来吃吃喝喝玩玩，最后签了一份协议，说我们以后再度量衡这块都用我们法国的标准吧，这套标准其实也就是我们今天所熟悉的以米、千克为代表的“公制单位”。

有了千克原器，是不是问题就解决了呢?太天真了。这个千克原器，如果每次都要拿出来做标准来比，那是不是很容易坏呢?坏不坏先不说，这拿来拿去的，沾了一粒灰上去，重量不就变了吗?就算不沾灰，金属也是会热胀冷缩的，还会氧化腐蚀，如果原器的重量一变，那岂不是全世界的秤都得跟着变呢?感觉我的体重都不准了呢。

为了解决这个问题，人们想了这么个办法。我可以造一些这个千克原器的复制品，平常用的时候，都跟这个复制品去比，然后没过几年再把这些复制品跟正品比来校准一下，这样不就行了么?而且，人们还发现，用90%的铂和10%的铱制成的合金，比纯铂更稳定，也更耐氧化和腐蚀，于是人们就用铂铱合金重新造了一个千克原器，替代了原来法国的那个，这个新的千克原器就叫做“国际千克原器”，当然了，它还是放在法国保管，一直到现在。同时，人们也用同样的铂铱合金造了一些复制品，这些复制品就是平时代替千克原器拿出来用来作为标准使用的。

国际千克原器长什么样呢?它是一个直径和高度均为39.17mm的圆柱体，其实就是很小的一块像砝码一样的东西。为了最大限度地保持稳定，这块东西被加了三层玻璃罩子，里面抽了真空，然后再放进法国巴黎国际计量局地下室的保险箱里。不仅如此，这块东西40年才会被拿出来一次，进行清洗和测量，到现在为止也就被拿出来过3次。

传说中的国际千克原器

即便如此，100多年过去了，这个原器和其他复制品之间的重量差距也开始越来越大，误差已经达到了几十微克。问题是，没人知道到底是复制品不准了呢，还是这个原器本身也不准了——这个问题是无解的。

可能你会说，几十微克才那么一点点，好像也没什么关系嘛?没错，对我们的日常生活来说，确实没什么关系，但是几十微克已经相当于几亿亿个原子的重量了，对于精密测量来说，这个误差简直是十万八千里了。

更重要的是，千克不止是一个质量单位这么简单，很多其他的单位也都是在千克的基础上定义的。比如说我们都知道力的单位是牛顿，而1牛顿的定义是让1千克的物体产生1m/s²的加速度所需要的力——你看，这里面还是出现了千克。

不仅如此，很多其他的单位还是用牛顿来定义的。比如能量的单位焦耳，1焦耳是1牛顿的力使物体移动1米所做的功，而功率的单位瓦特则是代表单位时间所做的功，这个连锁反应最终又传递到了电磁学的几乎所有单位，而电磁学又跟光学密不可分，结果光学的单位也都跟千克有关系——这就好像一叠多米诺骨牌，推到了一张，其他的就全都要倒下去。

其他基本单位与千克之间的依赖关系

量子力学

这可怎么办呢?我们知道，二十世纪是的世纪，现在连小宝宝都要学量子力学了，比如说小扎的这张很有名的照片：

所谓量子，说的就是能量其实不是连续的，而是一份一份的，最小的那个一份能量就叫做一个量子，这一份能量的大小，我们可以用普朗克常数(h)来描述。量子力学的好处是放之四海而皆准，也就是说，量子力学的研究对象是最基本的粒子和能量，它基本上描述了宇宙的基本法则，所以在我们这个宇宙中，量子力学里的基本常数在任何时候都是不变的，当然，普朗克常数也不例外。

普朗克常数是这样定义的：