彻底摒弃实物定义 国际单位制定义大改革

这些新定义将于2019年国际计量日(即2019年5月20日)起正式生效。至此,国际单位制7个基本单位将全部由基本物理常数定义,量值的实现进入了量子化时代。

2018年11月16日,第26届国际计量大会在法国巴黎的凡尔赛议会中心隆重举行。经各成员国表决,当天通过了关于“修订国际单位制”的1号决议。根据1号决议,千克(kg)、安培(A)、开尔文(K)和摩尔(mol)这4个国际单位制分别改由普朗克常数h、基本电荷常数e、玻尔兹曼常数k和阿佛加德罗常数NA来定义。

据悉,这些新定义将于2019年国际计量日(即2019年5月20日)起正式生效。至此,国际单位制7个基本单位将全部由基本物理常数定义,量值的实现进入了量子化时代。

 

在国际单位制重新定义之提案中,每个基本单位(彩色圆)都建立在一个已固定数值的物理常数之上。基本单位的实际大小可以通过更准确地测量相应的物理常数而得出。图片由维基用户Wikipetzi制作并上传至维基共享资源,于CC BY-SA 4.0之条款下使用。

定义修改内容如下:

  • 千克(kg)将定义为“对应普朗克常数为6.62607015×10^-34J·s时的质量单位”。
  • 开尔文(K)将定义为“对应玻尔兹曼常数为1.380649×10^-23J·K^-1的热力学温度”。
  • 安培(A)将定义为“单位时间内通过1/1.602176634×10^19个电子对应的电流”。
  • 摩尔(mol)将定义为“精确包含6.02214076×10^23个原子或分子等基本单元的系统的物质的量”。与此同时修改了阿伏伽德罗常数为6.02214076×10^23。

这也就意味着,国际单位制中将再无使用实物进行定义的基本单位。在此之前,千克是国际单位制基本单位中唯一仍使用实物进行定义的单位,被定义为国际千克原器的质量。但目前的科学研究表明,国际千克原器的质量随着时间推移,产生了一些微小的变化。同时,为了防止过度的使用对国际千克原器造成损伤,国际千克原器也不能经常性使用。这些因素都给更精确地测量质量带来不便。

图为国际千克原器的电脑CG图像。旁边是一把以英寸为单位的间尺。国际千克原器以铂铱合金制成,现存放于法国巴黎郊区的国际计量局(BIPM)。跟其他原器一样,国际千克原器的边缘上各有一道四角凹槽,作用是将腐蚀最小化。图片由维基百科用户Greg L制作并上传至维基共享资源,于CC BY-SA 3.0之条款下使用。

因此,在2005年,国际计量委员会(CIPM)已经建议以基本物理常量为基础对千克进行重新定义,并于2010年10月向国际度量衡大会(CGPM)提议以普朗克常量重新定义千克。2011年10月的国际度量衡大会第24次会议上原则性地同意了该提议,并决定将原定2015年的第25次会议提前至2014年举行,届时做出最终决议。2014年,会上决定将于2018年改由自然界的七个基础常数换算成新的单位制度。

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