更换标准一公斤铂金砝码的方法

使用国际标准一公斤IPK砝码的不便迫使科学家寻找其他更简单的测量方法。

法国巴黎的铂金一公斤标准砝码。图片来源：国际计量局。

据《商业内幕》报道，IPK砝码是一个圆柱形的铂金砝码，高3.81厘米。目前，它被存放在巴黎郊外一个金库中的三个同心玻璃笼中，这些玻璃笼相互嵌套，以防止灰尘和其他可能导致砝码变形的物质进入。

世界上所有的衡器，包括以磅为单位的衡器，都以国际计量大会（CGPM）制定的这个标准砝码为基础。不过，该标准砝码可能会有所变更。

“巴黎砝码的问题在于它太珍贵了，人们都不想用，”马里兰州国家标准与技术研究所的物理学家斯蒂芬·施拉明格说。即使用手指触摸它，也会留下油污，导致它的重量发生轻微的变化。它很少被放在室外，也从未被移到其他地方。

那些在意千克质量精度的人，比如化学家和物理学家，经常使用IPK的复制品来校准他们的测量设备。问题是，这些复制品的质量在比较时也会有所不同。

这就是为什么国际度量衡委员会在2005年提议寻找另一种定义千克质量的方法，这种方法不与特定的物理对象相关联，而是与可以在世界各地的实验室中轻松复制的自然基本属性相关联。

经过一段时间的拖延，国际计量学家决定用数学方法重新定义千克。他们使用了普朗克常数，这个常数将粒子波动频率与其能量联系起来。利用阿尔伯特·爱因斯坦著名的质能方程E=mc²，科学家们可以将能量转化为质量。换句话说，根据粒子频率和重量之间的数学关系，他们可以用粒子频率来定义质量，而不是用具体的物体来定义。

然而，这只是一个理论。由于普朗克常数非常小，目前还没有一个确切的值，完成上述计算将耗费大量时间。事实上，科学家们并不指望在2018年之前完成计算。

美国国家标准与技术研究所设计了一代专门的机器来测量普朗克常数的值。与量子物理学和相对论中的许多值一样，普朗克常数是用不确定性来测量的。

最新的仪器 NIST-4 已经收集了第一批数据。根据 2016 年 6 月《科学仪器评论》上发表的一篇论文，这些数据可以计算出 34 ppb 的不确定度。这与其他研究小组的水平相当。他们希望通过改进实验程序，将不确定度降至 20 ppb。

世界各地的科学家也在努力改进对这个常数的测量。加拿大国家研究委员会的一个团队采用与马里兰团队类似的方法，得出了十亿分之十九（19 ppb）的数值。其他团队的研究结果将在未来几个月内公布。

所有研究团队提交普朗克常数估算值后，计算机程序将利用这些数值和一个复杂的统计程序得出最佳数值。该数值将用于重新精确定义千克。除了质量之外，还有20多个其他计量单位需要重新定义，包括压强、磁力和电荷——所有这些单位都基于千克。

据VNE报道