千克是重量吗

不久前，第26届国际计量大会(CGPM)经包括中国在内的53个成员投票，一致通过了关于“修订国际单位制(SI)”的第1号决议。至此，历史上第一次国际计量体系的七个基本单位全部以常数为基础，保证了SI的长期稳定性和普遍适用性。许多专家说，国际单位制的修订是科学进步的又一个里程碑。

1公斤有多重？很多人听到这个问题可能会很困惑。1kg不就是1kg吗？但是问题又来了。一公斤有多重？

其实公斤的定义可以追溯到128年前。科学家们用一个直径和高度为39毫米的铂铱合金圆柱体作为1kg的标准重量，这被称为国际千克原型(IPK)。它保存在法国的国际计量局。

根据第26届国际计量大会最新决议，质量单位“千克”、电流单位“安培”、度日开尔文、物质单位“摩尔”四个国际单位制基本单位的定义将改为常数定义，并将于2019年5月20日生效。

用常数代替主观性。

国际单位制(SI)是全球公认的测量系统。它的起源可以追溯到1875年，17个国家签署了公制公约，并正式同意实施统一的国际测量系统。

SI由七个基本单位和许多派生单位组成。除了千克、开尔文、安培和摩尔以及发光强度单位坎德拉，这些基本单位还包括秒和米。SI必须确保所有日常计量单位在全球范围内具有可比性和一致性。也许时间上的差别是零点几秒，不会影响做菜的味道，但对于奥运会百米短跑谁赢了尤为重要。

“‘公制’创立之初的愿景是‘为全人类所用，随时适用’。本意是用一个全球一致的‘常数’来定义单位，而不是某种主观标准，随着SI的修订，这才真正成为现实。”国际计量委员会主席巴里·英格利斯说。

正如国际计量局局长马丁·米尔顿(Martin Milton)在一份声明中所说，SI使用基本常数作为人们认识和定义质量和时间等自然基本概念的基础，这一修订意味着我们在深化科学认知、推动技术进步和解决许多重大社会挑战方面的基础更加坚实。虽然从表面上看，大多数人看不出太大的变化。

“这就像你给了房子一个更坚实的基础。表面上没什么变化，实际上让房子更耐用了。”马丁·米尔顿(Martin Milton)说，“这就像在1967年用原子的特性修订了秒的定义——修订之初，人们不知道它可以用在什么地方，但现在，基于原子钟的计时技术已经成为互联网、移动通信和卫星导航等技术的基础。新SI也是如此，将对未来的科学、贸易、卫生等领域产生深远影响”。

原来的对象退出了历史舞台。

根据SI的这一修订，在四个基本单位中，千克将由普朗克常数(H)定义，安培由电子电荷(E)定义，开尔文由玻尔兹曼常数(K)定义，摩尔由阿伏伽德罗常数(NA)定义。

中国计量科学研究院院长方向指出，新定义用自然界不变的“常数”代替了物理原型，保证了SI的长期稳定性；“定义常数”不受时间空和人为因素的限制，保证了SI的客观普适性；新定义可以在任何范围内重现，保证了SI整个范围的准确性。新定义不受递归方法的限制，这保证了国际单位制的未来适用性。

起初，计量单位是根据物理对象或物质的特征来定义的。但是以实物为基准总会有一个问题:这些实物会随着时间或者环境的变化而变化，无法满足测量精度的要求。

以用来定义千克的铂铱合金圆筒为例。“总会有一些不可控的物理化学过程，导致它的特性慢慢发生变化——因此，它所持有的价值也会发生变化。”中国工程院院士、中国计量院首席研究员张中华指出。根据国际计量局的数据，在过去的一个世纪里，各国保存的质量标准与国际千克原型的一致性变化了约0.05毫克。

早在20世纪中叶，随着量子技术的发展，各种物理量的测量精度有了很大提高，时间和长度的SI单位相继被修订。2005年，国际计量委员会起草了用基本物理常数重新定义SI的一些基本单位的框架草案，建议用普朗克常数定义千克等。，并鼓励有能力的国家实验室开展相关研究工作。

当SI修订生效后，国际千克原型将成为千克定义的历史。这一服务于世界科技近130年的物理原型将继续得到完美保存，为新定义的相关研究和国际比对发挥“余热”。

“用基本物理常数普朗克常数H重新定义kg后，质量的基本单位更稳定，量值传递更可靠。我们不必考虑IPK质量是否发生变化，更不用担心IPK的损失和破坏可能给全球质量价值的统一带来的灾难。”中国计量科学研究院研究员李说。

中国计量已进入量化时代。

那么，国际单位制的改变会对我们的生活产生怎样的影响呢？“重新定义将产生新的测量原理、方法和仪器。比如多参数、高精度的芯片级综合测量，无环境干扰和校准的实时测量，多种物理量、化学量、生物量的极限测量等。将成为可能，测量仪器的形态也将全面革新。”市场监管总局计量司司长谢军说。

谢军告诉记者，一号决议实施后，通过嵌入芯片级量子计量标准，将最高的测量精度直接赋予制造设备，并长期保持稳定，从而实现对产品制造全过程更加精确稳定的感知和最优控制，有力支撑流程再造、节能减排、质量提升等。，推动当前正在全球范围内开展的以信息技术、大数据和人工智能为特征的新一轮科技革命。

中国国际公认的校准和测量能力已跃居世界第三、亚洲第一。在这次国际计量单位制的重大改革中，中国计量科学研究院作为国家计量院，用声学法和噪声法测得玻尔兹曼常数，为基本单位“开尔文”的修订做出了重要贡献。

根据国际计量局的官方说法，千克重新定义后，国际计量局将继续开展千克复现基准方法的国际比对，获得千克的国际“共识值”，各成员国应据此进行量值传递。目前，中国计量院已自主建立了基于新定义的千克复现装置，并成功研制出真空质量计量和质量标准传递装置，其不确定度将达到与“共识值”相当的水平，以确保未来中国的质量值与国际等效一致。

谢军表示，中国计量界将牢牢抓住此次改革带来的历史性机遇，加强面向国家战略需求的计量基础研究和前沿研究，制定量子化时代中国计量发展新规划(2020 -2035)，加快建设现代化先进的国家计量体系。

至于第一次落地，应该是教科书吧。方向，这需要重构物理化学相关的科学知识体系。“新的国际单位制比原来的更抽象。基本上，我们可以采用一种新的坐标系来描述整个世界。这不仅是对每个学生的挑战，也是对每个老师教学方法的挑战。”方向说。

来源/经济日报记者郭静媛