重新認識一下自己的體重（對自己的體重不滿意）

2023-05-09 21:31:30

（Stephen Ornes/文，EM Zhang/編譯）

美國國家標準與技術研究院有位物理學家曾經說過：「如果有人打了個噴嚏，噴到了千克基準器上，那麼世界上所有的質量就會立刻全錯掉。」

他說的這東西是個圓柱，有時候被稱作「大K」（Le Grand K）。它被安置在巴黎的一個地下室裡，被人們像無價之寶一樣對待。這個世界上任何測量到的質量——從你和你買的菜，到太陽系外的行星乃至星系，都要追溯到這個已經126歲的鉑銥合金圓柱體：國際千克原器。科學和工程各個領域的所有研究人員都必須相信一件事，那就是他們所依據的參考點和任何一位科學家工程師都是相同的。沒有這個圓柱體，就沒有參照。

像俄羅斯套娃一樣罩在層層保護罩中的國際千克原器。圖片來源：Japs 88/Wikicommons

國際千克原器是所有千克的標準，科學家們不惜一切代價避免把它暴露在骯髒的空氣和手掌之下——尤其要避免有人對著它打噴嚏。

自國際千克原器問世以來，每過上幾十年，科學家們都要把它從保護罩裡取出來，用清潔溶劑對它進行清潔，用蒸汽把它洗乾淨，並且仔細地檢查它的重量。科學家們要驗證的是，保存在同一個地下室裡的六個官方複製品質量仍然完全相同。

自1889年以來，國際千克原器已經經歷了三次校對，大約隔四十年一次。1992年，災難降臨了：科學家們在比較第二次和第三次測量的結果時發現，要麼是原件丟失了五十微克（相當於一粒沙子）的質量，要麼就是複製品增加了這些質量。儘管差距很微小，這些測量結果也足以說明「千克並不穩定」，彼得 莫爾（Peter Mohr）說。他是一位致力於重新定義度量基本單位的物理學家。

因此，許多科學家認為，把一個圓柱體放得如此重要，簡直是恥辱；更別提它還有可能給科學實踐帶來毀滅性破壞。正如2014年的挪威電影《一千零一克》所說:「人類決定重量的定義，但同樣重要的是要知道，重量的定義將如何影響人。」

幸運的是，這一切即將改變。

用恆定不變度量世界

如果我們改用自然界的基本常數，大K和它的複製品帶來的問題都將不復存在。因為基本常數按照定義就是恆定不變的（不考慮某些新物理學體系），所以能用來定義所有的基本度量單位，包括千克，而不至於連偶爾一個噴嚏都無法承受。物理學家理察•戴維斯（Richard Davis）表示，這將在2018年成為現實——他在國際度量衡局任職，這個組織負責官方定義國際標準度量單位。

一些基本單位其實已經升級了。

比如「秒」，過去被定義為一天的幾分之一，但現在是用銫原子的電子發生一次能級躍遷所需要的時間來定義的。「米」也比過去更酷炫了。十八世紀末，法國科學院將「一米」定義為北極點到赤道，沿穿過巴黎的子午線距離的千萬分之一。大約一百年後，「一米」成了一塊特定的鉑銥合金棒的長度。在最近一次重新定義中，也就是1983年，「一米」被定義為光在真空中走299792458分之一秒的距離。這一次，米和光速——一個自然界基本常數聯繫了起來。坎德拉，發光強度的基本單位，曾經取決於一種特殊蠟燭的亮度。現在它也與光速聯繫了起來。

已經退休的鉑銥合金標準米尺。圖片來源：Wikipedia

其它的單位也很快會照辦：電流的單位「安培」會和元電荷e聯繫在一起，而不再用一個涉及無限長平行導體的假想實驗。溫度的基本單位開爾文也將不再取決於水的固有屬性，而是由玻爾茲曼常數決定——這個基本常數將溫度與單個粒子的能量聯繫起來。還有摩爾，「物質的量」的基本單位，也不再和一團任意的碳十二原子有什麼關係，阿伏伽德羅常數(6.02x10^23)將會取而代之。

去年，作為這場度量單位重定義進程的一部分，大K有史以來第四次被從固若金湯的地下室裡拿了出來。這就是被度量衡局稱作是「非同尋常的校準」的開端——這個圓柱體被拿來和它自己的複製品相比較（它似乎沒有失去更多的重量），接下來，它將會被用來校準確定重量的新裝置，新裝置將會建立在普朗克常數的基礎上——一個量子力學中將光子的能量和頻率聯繫在一起的基本常量。

一旦一千克有多重建立在了普朗克常數的基礎上，大K就會被淘汰了。

國際度量衡局的局長馬丁•彌爾頓（Martin Milton）介紹說：「這場最終測試的目的在於確保新定義和舊定義得出的實驗結果相同。」在那之後，這塊備受尊崇鉑銥合金圓柱體可能還會被用在某些研究中，因為它仍然具有官方定義的一千克物體應有的重量。但它將不再是質量定義獨一無二的化身了——或者據一些人認為，恥辱的化身。

國際千克原器的未來仍不明朗；也許它會被陳列在某個博物館裡。或許，在有人攪動它身上的積灰時，終究還是會打個噴嚏噴在它身上。（編輯：Ent）

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