50微克之差 触发计量单位大变革

“公斤”“安培”等将重新定义 明年5月生效

第26届国际计量大会(CGPM)13日在法国凡尔赛揭幕,来自60多国的科学家在昨日的会议上一致投票通过,将国际单位制(SI)当中的重量单位“公斤”、电流单位“安培”(ampere)、温度单位“凯尔文”(kelvin)和物质质量“摩尔”(mole)这4项基本单位重新定义,新国际单位将于明年5月起生效。今次修订将导致服务科学界长达129年的国际公斤原器(IPK)退役,并令人类最常使用的“七大公制”度量衡单位,全数改由不变的基本物理常数定义,确保单位量值不变,对讲求精密的科学研究带来深远影响。

世界各国自1960年起,开始统一采用“国际单位制”,其中人类最常使用的“七大公制”度量衡单位中,只余公斤以实物定义,即“国际公斤原器的质量”。国际公斤原器又称一公斤标准物,科学家暱称为“大K”(Grand K),是于1889年以铂铱合金制成的一个砝码,现存放于巴黎国际计量局,放置在三层玻璃罩容器中,最外层经半真空处理,以免遭到腐蚀。不过在经历129年后,科学家发现砝码重量减轻约50微克,相当于一粒沙的重量,原因相信是保存环境并非绝对真空,忧虑长久下去将影响科学计算精确度,因此迫切寻求更稳定的公斤定义。

改用物理常数 量子成标准

在国际计量局功率天秤组工作的中国清华大学科学家李世松博士表示,今次修订后,质量单位公斤将采用普朗克常数定义,该常数是物理常数,主要用作描述量子大小,安培则采用基本电荷量定义,凯尔文采用玻尔兹曼常数定义,摩尔则采用阿佛加德罗常数定义。鉴于基本物理常数在自然界中具有极佳稳定性,可保证单位长期稳定。

同时,一旦公斤的基本单位改由普朗克常数定义,用作测量重量的仪器“基布尔秤”,可通过设定变量,计算毫克甚至原子单位的质量。

不影响日常生活

根据国际计量大会重新定义基本单位的规定,今次修订不会影响普通人的日常生活,例如平日到市集或超市购买货物,不会因而缺斤少両。不过李世松称,修订对科学计算的影响可谓举足轻重,“如果将科学中的测量活动比作一幢大楼,而SI基本单位则是大楼的根基”,若根基产生变化,将令整座大楼不稳甚至全幢倒塌,而基本物理常数的新定义,则可从根源上消除基本单位量值变化的风险。