我们的基本度量单位即将被重新定义

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我们最终将在2018年底对我们的单位系统进行急需的升级。根据新提议,所有七个基本测量单位都将被重新定义,使用自然的常数属性,例如光速,同时放弃当前的主观值。

这一变化是在当前测量系统的精度存在问题后提出的,最明显的是公斤的价值.目前,千克被认为是1000克或2.2磅,它的价值完全取决于国际原型千克(IPK),或“Le Grand K”,这是一块由90%的铂和10%的铱组成的固体,存放在法国的一个玻璃金库中。

图片字幕:设备如何工作
图片致谢:howequipmentworks

问题是,尽管所有的千克副本都依赖于这个块,但原始块本身会随着时间的推移而改变。在过去的几十年里,尽管对固体进行了各种隔离,但它的质量还是略有增加,这让科学家们非常愤怒,因为他们所有的计算都是基于千克保持不变。

鉴于这一问题,国际度量衡委员会正式提出了国际单位制基本单位的新定义,并将在2018年底举行的第26届国际度量衡大会上最终确定。

除了千克,另外四个测量单位将得到升级根据新提案,其他三项也将略有变化。

千克的国际原型/单位:WikiPedia
千克/ Credits的国际原型:维基百科

自从科学家们努力在普朗克常数的值上达成共识以来,这项改革已经花了50多年的时间。普朗克常数与粒子的能量与频率的比较有关。这个数值一直存在争议,但在2014年,研究人员终于就普朗克常数的值达成了一致,这意味着SI单位的大修终于可以实现了。

电流单位安培也将进行彻底检修。目前安培的定义如下:

“当电流流过两根无限长、无限细、相距恰好1米的导线时,就会产生一定的力。”

从这个表述中,问题是不言而喻的,因为不可能产生无限长和无限细的导线,这意味着没有人真正知道1安培的确切值应该是多少。根据新的提议,安培的定义将基于电子和质子的电荷量,这是客观可测量的。

开尔文,现在定义为水的三相点;将通过将其与玻尔兹曼常数的确切值联系起来重新定义。摩尔也将通过使用阿伏伽德罗常数重新定义。

图片来源:Emilio Pisanty/Wikimedia
图片来源:Emilio Pisanty/Wikimedia

在上图中,C光速(定义一米),??Cs是铯原子钟的滴答声(定义一秒),h为普朗克常数(定义一千克),N一个为阿伏伽德罗常数(定义摩尔),Kcd为光效(定义坎德拉,光强单位),kB是玻尔兹曼常数(定义开尔文),和e是基本电荷(定义安培)。

那么这将如何改变我们的日常生活呢?老实说,不是很多,因为这些变化是非常微小的影响我们的日常工作。但对科学家来说,这是一件非常重大的事情,是“一生一次”的大事。

美国国家标准与技术研究所的Stephan Schlamminger在一次采访中说:“基础上有一个发际线的裂缝,你不能在这个基础上建造你的物理建筑。新单位将基于对物理学的现代理解,包括量子力学定律和爱因斯坦的狭义相对论。”

一个瓦特天平,用来测量普朗克常数的国际原型千克。来源:维基百科
用于测量普朗克常数的瓦特天平,以国际千克为原型。/学分:维基百科

这是一次重要的改革,因为它将提高研究人员计算的准确性,同时避免长时间重新定义值的需要,直到并且除非我们突然发现自然常数,例如光速和普朗克常数是变量。

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