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[交流] 国际标准1千克神秘变轻

国际标准1千克神秘变轻科学家提议重新定义

国际标准1千克砝码　　新浪科技讯北京时间9月25日消息，据国外媒体报道，在最近的一次检查中，相关人员发现有118年历史、用铂和铱混合铸造的圆柱形铸件——国际千克原器减轻了大约50微克。虽然相关人员将这个千克原器小心地存放在巴黎附近的一个设施里，但它的质量还是发生了改变。一个全世界依靠它来确定质量标准，所以它的质量发生变化并不是件好事。

　　用碳-12原子重新定义标准千克

　　现在，美国的两位教授(一位物理学家和一位数学家)表示，现在到用一种更好的新方法定义千克的时候了，从而保证它能在现在、未来和118年后不会发生任何变化。他们已经发起一项活动，目的是用大量(但是没有指定精确数目)碳-12原子重新定义千克的定义。佐治亚理工学院物理学分校的名誉退休教授罗纳德·福克斯说：“我们的标准将避免利用人造物质定义千克。我们希望用一些从逻辑上非常容易理解的方法来定义它。”他们的提议是，从今以后克(一千分之一千克)将被严格地定义成18×14074481个碳-12原子的质量。

　　新定义需要先确定阿伏加德罗常数

　　新的标准千克定义方法由福克斯和乔治亚理工学院数学分校的名誉退休教授西奥多·希尔提出。这项建议首先需要确定阿伏加德罗常数的数值。19世纪的意大利科学家阿伏加德罗提出了阿伏加德罗常数，这个常数表示一摩尔纯净物质中的原子或分子数，例如，12克碳-12中的碳原子数量。然而，阿伏加德罗常数不是一个明确数量，而是一系列可通过实验室方法得到证实的评估，对一个单一数字来说，它不具备足够的精确度。

　　希尔提出半开玩笑关认真的问题——阿伏加德罗常数是偶数还是奇数？这个问题激发了他们的想象力。2006年，福克斯和他给物理论文档案递交了一份论文，其中他们提出了给这个常数确定一个具体的数值——大约是试验范围的十分之一的数值。这两位论文作家指出，精确的阿伏加德罗常数正好可以用来重新定义质量单位千克。他们的提议引起了《美国科学家》杂志编者的注意，他们要希尔和福克斯写了一篇更长的文章发表在2007年3月号杂志上。到目前为止，已经有5人给他们写信，其中包括美国化学学会术语、术语学和标志委员会主席保罗·卡罗尔的来信。卡罗尔认可了这项提议，指出新定义应该用这个数字除去12。因此阿伏加德罗常数的新提议让上述数字变成了8444.6886万(立方)，仍然处于可接受的数值范围内。

　　2007年9月，福克斯在美国有线新闻网上看到一篇美联社的文章，这篇文章描写了国际千克原器质量减轻了。虽然美联社表示，减轻的质量总共不超过“一个指纹的质量”，但是福克斯争辩说，对用远远低于十亿分之一秒来计算时间和远远小于微毫米的长度来计算距离的世界来说，这个减轻的数值会产生巨大影响。因此福克斯和希尔给《物理学档案》提交了另一篇论文，提出重新将克定义为一摩尔碳-12质量的十二分之一。长期以来人们一直将一摩尔物质所含的分子数定义为阿伏加德罗常数。现在他们希望人们能对他们的想法产生更浓厚的兴趣，以便在2011年的国际度量委员会会议获得顺利通过。

　　其他定义标准千克新方法也在讨论中

　　目前，至少有两个重新定义千克的其他提议正在讨论中。它们包括用纯硅原子球体取代铂金和铱混合圆柱体；利用已知的“瓦特天平”装置，并利用电磁能定义千克。每种方法都是在现有标准的基础上进行改进。但是两种方法并没有福克斯和希尔提出的方法简单、准确。希尔说：“利用完美的数字立方定义这些常数，产生的重要意义与定义秒和光速的整数一样。千克的纯数学定义从实验方法上来说是不正确的。随后研究人员会利用任何可能的实验方法得出他们希望的近似精确的质量。”

　　千克是最后一个通过人造物质，而不是基本物理属性定义的重要标准。例如，1983年，代表一米的距离被定义成光在两亿九千九百七十九万两千四百五十八分之一秒内行驶的距离，从而取代了两个点之间的距离的定义法。福克斯说：“我们怀疑现在存在一些有关这个问题的讨论。我们希望科学家和理科教师，以及其他人考虑这个问题，因为我们认为它们拥有重要的影响力。公众讨论在确定如何定义世界上的一个基本物理常数时，起着非常重要的作用。这个问题对世界未来的科技发展非常重要！当你制定物理和化学的度量单位，精确度越高越好，这些标准定义的精确度确实有限。缺少精确的标准会让你在陈述结果时出现一些矛盾。拥有一个独一无二的标准可以消除上述种种问题。”

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