上周五,也就是 2018 年 11 月 16 日,来自 60 多个国家的代表在于巴黎举行的第 26 届国际度量标准大会(General Conference on Weights and Measures)上齐聚一堂,投票通过了有关修改现有千克定义的提案。
新定义将自 2019 年 5 月 20 日起正式生效,届时,千克依靠物理实体,至今沿用了约 130 年的定义方式将被一种以自然常数之一,普朗克常数为基础的定义方式所取代。
虽然新千克并不会让超市里的一公斤白菜变多或变少,但解除国际标准单位对物理实体的依赖,将它们以自然常数进行定义,或许宣告着人类科学真的已经进入了一个新纪元。
千克的起源千克(Kilogram)一词的起源要从大革命时期的法国说起。
当时,法国的新政府成立了一个度量制改革委员会,旨在废除腐朽旧政府的度量标准,为人们日常生活以及科学研究中常用的物理量建立一个新的国际标准。
该委员会由当时法国众多名望颇高的科学家组成,其中就有著名化学家,有“现代化学之父”之称的安托万拉瓦锡(Antoine Lavoisier)。
拉瓦锡于 1791 年提出,将质量(mass)的标准单位定义为一立方分米水在 0 摄氏度时的重量,也就是一升冰水混合物的重量,并将这一单位重量命名为了“Grave”(源自拉丁文中的“重量”一词,“Gravitas”)。
该定义虽乍看没什么问题,但由于拉瓦锡的贵族背景,以及其在旧政府时期曾任政府税务专员的仕途经历,拉瓦锡很快(1793 年 8 月)就被新政府解除了其在委员会的职务,并于 1793 年 11 月被捕入狱,最终在 1794 年 5 月被送上了断头台。
而由于“Grave”在法语中的发音与“Graf”类似,也就是法语中的“伯爵(贵族头衔之一)”一词,提倡平等自由的法国革命政府后来自然舍弃了这一由旧贵族所定的“旧”重量标准,改用重量为原 Grave 定义重量的千分之一为重量基本单位,并将其重新命名为了“Gramme”(后来英文里的 gram,也就是中文里的“克”)。
然而,新政府很快就发现,采用原 Grave 定义重量的千分之一作为基本重量单位实在是太小了,给很多事情都带来了不便,但新政府又不能明目张胆地重新采用由旧贵族拉瓦锡所制定的标准,于是便发明了“Kilogramme”,也就是法语中的“千克”一词,意指“一千个 Gramme”,而英文里的千克一词“Kilogram”也正是由此而来。
后来,到了 1799 年,由于水在 4 摄氏度时密度约为最大,千克的定义又被改为了一升水在 4 摄氏度时的重量,但由于水毕竟是一种液体,杯子里晃晃就出去了,并不是一种理想的重量衡量方式。
所以,人们在 1799 年制造了一个重量与 4 摄氏度下一升水重量大抵相当的金属块,并以此再次重新定义了千克,而这个金属块,便是后来按“一方米水处于最大密度的温度气压环境时的重量”为标准,于 1889 年用铂-铱金属(platinum-iridium)所铸的“国际千克原件(IPK,the International Prototype Kilogram)”前身。
图丨存放于巴黎的国际千克原件(