前沿热点丨重新定义“千克”

1889年，第一届国际度量衡大会采用国际标准千克（IPK）作为质量单位的定义。这个铂铱合金圆柱体，直径和高度均为39.17毫米，成为全球质量标准的唯一实体。然而，130年后，这个曾经被视为最精确的物理实体却面临着被“退休”的命运。

IPK的质量正在缓慢但持续地发生变化。自1889年以来，IPK的质量已经减少了约50微克，相当于一颗小沙粒的重量。虽然这个变化微不足道，但对于需要极高精度的领域，如制药、化学工业等，这可能意味着巨大的经济损失甚至生产事故。

更重要的是，IPK的存在本身就是一种风险。作为全球质量标准的唯一实体，它面临着损坏、丢失的潜在威胁。此外，IPK只能在法国巴黎的国际度量衡局总部使用，这给全球范围内的质量标准统一带来了不便。

为了解决这些问题，国际计量大会决定重新定义千克。新的定义将基于普朗克常数，一个在物理学中具有重要意义的常数。具体来说，当普朗克常数被精确固定为6.626 070 15×10^-34 J·s时，千克就被定义了。这种方法不仅消除了对物理实体的依赖，还使得千克的定义更加稳定和精确。

新的定义方法主要有两种实现方式：瓦特天平（Kibble Balance）和硅球实验（XRCD）。瓦特天平通过在真空中工作，将物体的质量与普朗克常数联系起来。硅球实验则通过计算单晶硅球中的原子数，并结合普朗克常数、阿伏伽德罗常数和电子质量的固定值来确定硅球的质量。

对于普通人来说，千克的重新定义几乎不会带来任何变化。我们的日常生活中，1千克仍然是一千克。然而，对于需要极高精度的科学研究和工业生产领域，新的定义将提供更稳定、更可靠的测量标准。

重新定义千克标志着国际单位制（SI）自1960年建立以来最大的改革之一。它不仅消除了对物理实体的依赖，还使得千克的定义更加稳定和精确。更重要的是，新的定义方法理论上可以在任何地点、任何时间、由任何人实现，大大提高了千克定义的可访问性和可靠性。

展望未来，千克的重新定义不仅为科学研究铺平了道路，也为人类探索宇宙提供了更精确的测量工具。随着科技的进步，我们可能会发现更多实现千克定义的方法，但无论如何，千克的定义将永远基于自然界中恒定不变的物理常数，不再受制于易变的物理实体。