诺奖得主克劳斯：冯·克里青分享计量学前沿研究成果

■本报记者　姜澎　见习记者　李晨琰

小到买菜做饭，大到飞机制造，千克都是我们日常生活中必不可少的质量计量单位。1千克代表多少质量？或者更确切地说，多少质量相当于1千克？　明年开始，这些问题的答案将不再是熟悉的回答。

1985年诺贝尔物理学奖得主克劳斯·冯·克里青(Klausvon.Klitzing)在第三届“复旦科技创新论坛”暨第二届“复旦—中植科学奖”颁奖典礼上透露，将于明年11月召开的第26届国际计量大会将最终审议新的国际单位制　(SI)修订案，届时安培、千克、开尔文和摩尔四个基础单位将获得更严格的定义。

国际千克原器将逐渐被取代

“我们都知道千克是基本的质量单位，它的测量方法用于许多其他数学和科学计算。科学家们相信，我们已经习惯了超过140年的旧的测量千克的方法是有缺陷的!”克劳斯·冯·克里青指出，在1875年之前，科学家没有标准、统一的测量方法来精确地建立质量单位，随后他们通过制造一个叫做“国际千克原器”(IPK)　的圆柱形物体来解决这个问题。

国际计量局主观裁定以国际千克原器为标准确定千克的质量，IPK由一种铂合金制成，这种合金叫“90Pt10Ir”，即90%的铂及10%的铱(按质量比)；然后把这种合金用机器制作成高度和直径均为39.17毫米的直立圆柱体，代表1千克。

随后，国际计量大会确定了国际通用的国际单位制，简称SI制。米、秒、千克、安培、开尔文、摩尔和坎德拉被确立为七个基本单位。

19世纪80年代，大约有40个国际千克原器复制品被分发给签署了《米制公约》的国家，而主要的原型存放于法国巴黎的国际计量局总部。每十年，国际计量局便会观测该国际千克原器。随着时间的推移，调查员发现国际千克原器的某些官方复制品在100年内增加了50微克，或者说国际千克原器少了50微克。

这一改变引发了学术界的热烈讨论。“这个世界需要标准化和规范化，微小的变化累积起来的误差会很惊人。”克劳斯·冯·克里青表示，国际千克原器的变化不仅仅会对计量本身造成影响，还会影响其它标准的建立。因为千克也被用来作为其它度量衡的工具。

不过从明年召开的第26届国际计量大会开始，这些变化将变得无关紧要。通过瓦特天平来衡量1千克单位，相关实验对比机械能和电磁能，利用激光来衡量电流和质量。因为实验采取的测量方式和普朗克常数的使用，科学家可以更加精确和稳定地定义千克的质量。

“未来的质量单位普朗克常数推算得出，国际千克原器也将逐渐被取代。”克劳斯·冯·克里青说。

对人们的日常生活没有影响

不管你信不信，1千克缩水了!　千克和安培、开尔文、摩尔新的定义将从2019年5月开始生效，所有使用国际单位制的国家都将受到影响。

“但是大家不要担心，这些新的度量衡单位，就算确定之后，也不会改变我们现在的日常生活。将来千克还是千克，但是我们将会用更为稳定、更为通用的方法，对它们的标准进行界定。”克劳斯·冯·克里青表示，重新定义并不会影响到日常测量。但是对需要最高测量精度的那些科研工作者来说，重新定义后的方案允许他们以多种方式，在任何时间、任何地点，以任何规模进行测量而不会损失任何精度。

“最早的时候，我们对于质量的定义，可能跟我们当地的物产有一定的关联，比如说多少颗豆子构成多少质量等等，但是现在全球的标准，比如说1千克就是1立方分米水的质量，将来我们用普朗克常数，那么对于所有物理的定义，就可以普适于整个宇宙。”不过克劳斯·冯·克里青也提醒道，“想要永恒固定1千克是不现实的，毕竟所有的物理实验都是在逐步接近精准与稳定、趋于完美。”