一次有“重量”的投票，即将彻底改写千克的定义

原标题：一次有“重量”的投票，即将彻底改写千克的定义

你知道一千克有多重吗？

大部分人可能立刻联想到了水，“记得好像一升水有多重，就是一千克？”

这个答案是对的：早在两百多年前，法国人就曾给一千克下过定义：一升水在冰点时的质量。

国际科学界对于一公斤/千克/kg的定义方式，在那以后又经历了几次修改，但大体不变，总是和一升水的质量基本一样。

2018年11月16日，也就是这个周五，科学家们又将齐聚在法国，再次对国际单位制的几个基本单位的定义进行改写。

其中，最受人关注的就是千克了。

不过科学家们已经说了：这次重写千克的定义，跟大家一毛钱关系都没有。平常人的一千克，还是原来的一千克。

刚一听说的时候，我的想法和你现在可能是一样的：

定义来定义去，不还是那么重吗？成天“重新定义”，是想当乔布斯吗？

先别着急。想要理明白千克为什么要被重新定义，我们得先理解，它的定义最一开始是怎么来的。

从历史的角度来看，度量衡总是趋向统一的。秦始皇嬴政的“一法度衡石丈尺”是最早的统一度量衡。类似的事情，也发生在上千年后的法国。

大革命前夕，法国的经济每况日下，而贵族私定度量单位，更是加重了人民和国家的负担。在法国科学院辅佐下，法皇路易十六决定统一度量单位。

科学家达成的共识是：将边长一分米的立方体的水在冰点0℃时的绝对重量，作为标准质量单位，取名为grave；边长一厘米的立方体的水在同样条件下的绝对重量作为标准质量单位 gravet.

既然有了标准单位，就要推广它。问题是水测量起来还是不太方便，真空倒是被马德堡半球证明了，但是在那会儿想要实现真空还是挺费劲的，所以法国人趁着还有条件做了几个 1 grave 的金属砣，给社会各界作为参考。

遗憾的是，早早上了断头台的路易十六没能看到自己开创的十进制度量系统开花结果。grave 和 gravet 作为标准度量单位系统的一部分，开始在法国推行使用，并于1795年立法，正式名称为 kilogramme 和 gramme。1795年做出来的一个金属砣，成为了千克基准器。

1793年法国制造的 grave 基准器，曾是北大西洋海盗的宝贝。

1799年，欧洲科学家再次测量一升水的质量，发现跟1795年造出的千克基准器差了将近百分之0.08……

短短四年，就这么大的误差？在当时科学家已经意识到这种定义方式不够精准和稳定，如果沿用下去，将来迟早要出乱子。

于是，科学家照着一升水在4℃下的质量，用纯铂 (Platinum) 制造了一个新的基准器。至于为什么选4℃，是因为当时科学家发现水在这个温度下密度最大，最“稳定”。

这枚铂锭，在1799年送交法国档案局，命名为档案局千克 (Kilogramme des Archives)。同时，它的质量也成为了当时千克的正式定义。

这个定义沿用了将近一个世纪，西方各国认可它，纷纷前来索要档案局千克的复制品，为后来米制全球通行创造了条件。下图中的这枚铂圆柱在1821年交给了美国政府，作为美国官方的千克基准。

因为使用了百分之百纯铂，这枚档案局千克满足作为千克基准器的各项要求：抗氧化、超高密度（铅的两倍、水的21倍）、电和热的传导性高，以及抗磁化。

但是它依然有个问题，就是硬度不够。

1875年，法国召集各国签署了一个米制公约，成立了国际计量局 BIPM。

得益于铱这一刚被发现、密度极高的元素，各国代表和科学家在米制公约大会上决定制造一个新的千克基准器，采用9:1的配比将铂和铱组成合金。这样既能保证铂的属性，又能增强硬度。

法国制造了一批高度和直径均为39.17mm的铂铱合金圆柱体，按照约定妥善保存。

等到1889年第一届国际计量大会召开，他们把这些金属砣拿出来，测一测，留下了最接近档案局千克的那一件，命名为国际千克原器International Prototype of the Kilogram，简称 IPK。到了1901年，1千克正式采用IPK 的质量来定义。

图 | BIPM

IPK（上图）一直沿用至今，它也有了一个外号，叫做大K (Big K)。

照着大K，国际计量局又生产了十六枚复制品，十枚用，六枚不用，它们和大K一起存放在法国郊外的一座城堡地下室，需要三把独立的钥匙才能打开的保险库内，放在玻璃罩里，尽量减少与外界的接触。

图 | BIPM

除了这十六枚，该机构还另外生产了不到一百枚，交给各国保存和使用。

这些复制品的质量，和大K极为接近，倒也没有完全一样的。这怎么行？倒也还好，它们有各自的编号，诞生之时和大K之间的质量差值也记录了。比如 K20，由美国持有，生产出来的质量是 1kg-39μg，也即比大K少39微克。

大K的制作体现了第二次工业革命的科技顶峰和工艺水平，遗憾的是它仍不尽如人意。

不知道该说意料之中还是意料之外：一百年过去后，科学家们发现大K也不准了。

在过去，国际计量局一共只把大K拿出来过三次，和散落在世界各地的进行测量，分别在1889、1948和1989年。1889年，K20 的质量为1kg-39μg；1948年，1kg-19μg。

到了1989年，K20 的质量已经和大K完全相同了。

乍一看这属于正常现象：在复制品的存放、运输，以及测量之前的清洗过程中，吸收空气增加质量或者因磨损丢失质量都是可预期的。

但是目前的研究显示，这些秤砣的质量随着时间的推移会发生微小的变化。同时，过度使用也对其造成损伤，因为它实在太金贵了，以至于有专家表示，你在它旁边打个喷嚏都会让其质量发生变化。

IPK 的清理过程 图 | BIPM

（编辑：核心网）

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