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千克、安培的基准将更改 我们的生活会变形走样?

助工
2017-07-20 16:14:50     打赏

计量准确无误、不差毫发的重要性不言而喻。想想我们平日被短斤缺两的买卖骗了,真是气死人!更不要说计量,如长度、时间、温度等,是人类生活方方面面的基础,日常生活到商业贸易,到建筑设计,到科学研究,再到太空探索等等。计量的基准有任何变更,将是牵一发而动全身,不容小觑。


年,4个常用的计量单位的基准将发生变。它们是:1)质量的单位“千克”;2)温度的单位“开尔文”;3)电流的单位“安培”;4)物质的量的单位“摩尔”。2018年11月国际度量衡大会在法国举行,将重新定义国际单位制SI),取代现行国际单位制定义。


为什么要重新定义国际单位?

在这4个现行的国际单位中,只有质量单位“千克”是用实际物体来定义。定义“千克”的是一块标准砝码,称作国际千克原器”,它90%铂和10%铱制作,存放在法国国际标准局保险箱内的。但这种实物基准易受环境影响,法国的国际千克原器过去100多年来增重了50微克,相当于一个直径0.4毫米的小沙粒,这导致了与质量有关的测量出现偏差,不能满足现代高精尖科技发展的需求。

国际千克原器作为一千克的基。它放在真空封存的三层玻璃罩内。全球还有许多复制品,作为各国自己校正单位的标淮。


怎样重新定义国际单位?

因此,明年的国际度量衡大会将放弃实物基准,放弃国际千克原器,改用自然常数——普朗克常数作为基准,重新定义质量单位。普朗克常数用字母“h”来表示,相当于两个粒子能够交换的最小能量包或称量子。

美国技术标准局的瓦特天平,用于测量普朗克常数


余下的3个单位,开尔文、摩尔、安培,也将改用自然基本常数来定义:用玻尔兹曼常数定义开尔文,用阿伏加德罗常数定义摩尔,用基本电荷常数定义安培。


为什么用量子作为新基准

一方面,20世纪以来量子科学的飞速发展,为建立更准确的计量基准提供了基础。


另一方面,许多基本物理常数在实验中表现是不变的,用它来定义计量基准可达到极高的稳定性。

一个典型的例子:真空中的光速是不变的,光在真空中的传播速度c就是一个基本物理常数。因此在1983年,国际单位“米”被光速基本常数(c)所取代,即光在真空中1/c秒内所经路程的长度,这样定义的长度计量基准原则上可以达到与时间基准相当的稳定度。


我们的生活会受到影响吗?

当普朗克常数用来表示质量时,我们的日常生活不会受到影响,比如:买半公斤胡萝卜、500毫克阿司匹林、一艘5万吨的游船等,千克仍然是千克,因为我们这时算的都是“大数”。


但对专业实验室的高精检测,以及需要精确测量的工业制造领域来说,国际单位的新基准将发挥无比重要的作用。例如:它有助于开发出更先进、更精准的工业温度计,用于核动力堆等的尖端领域。


另外,中国计量院党委书记兼副院长段宇宁说,“国际单位重新定义后,量子基准将取代实物基准,基本单位可实现独立复现、不再依赖于国际计量局。这将彻底改变世界计量格局。未来,国际计量局将不再是世界量值的唯一源头,主要发达国家和新兴发展中国家计量院将成为国际计量‘多中心’格局的主体。”


附:新旧国际单位定义对比(下图)。




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