＂千克＂将重新定义 对日常生活有啥影响?

国际公斤原装设备。图片来自网络

今天的观点

本报记者聂

“对我这种平时不入市的人应该没什么影响吧？”

“我关心的是以后买不买一斤肉？”

“这和市场不准确有什么关系？”……

这些都是对“千克”重新定义的种种质疑。

最近，NIST公布了普朗克常数最精确的测量值，并将其提交给CODATA。明年，国际度量衡委员会将根据普朗克常数重新定义质量单位“kg”。

消息发出后，读者在评论区进行了热烈的讨论，因为称重在生活中无处不在。质量单位为什么要重新定义？会影响我们的生活吗？有什么影响？中国在这方面的研究现状如何？带着这些读者的担忧，《科技日报》记者通过电子邮件采访了清华大学留法青年科学家李博士。他在NIST工作了14个月，参与了普朗克常数的精确测量。

不影响日常生活，只为量子应用建立基准

李告诉记者，由于千克重定义仍然以现有千克值为标准，两者可以实现无缝连接，两种定义下的质量单位值可以保证连续性，CODATA要求普朗克常数测量精度至少为2×10-8，因此千克重定义不会影响我们的日常生活。

“基于普朗克常数对千克的重新定义，实际上是科学家建立某种质量量子基准的尝试。随着量子物理的快速发展和量子计算机、量子通信等多项先进技术的成功应用，用量子基准代替传统的物理基准成为计量基准发展的新趋势。”李说:“量子基准的单位值与物体的形状、体积、质量等宏观参数没有直接关系，可以避免宏观参数不稳定导致的值的变化，对量子技术的未来发展具有重要意义。”

李还以解释国际单位制中的“秒”为例。他说秒的量子基准已经建立，现在秒的精度已经达到10-18个数量级。因此，在日常生活中用作导航的全球定位系统得到了高精度的发展，并广泛应用于军事和测量领域。

重新定义千克是为了确保其稳定性和准确性

至于国际度量衡委员会为什么要重新定义千克，李博士告诉记者，除千克之外，现有国际单位制中的七个基本单位已经改为非物理标准。只有质量单位千克还在使用100多年前的物理基准，它的稳定性和准确性都面临着巨大的挑战。

李表示，目前公斤的定义是以Pt-Ir合金制成的重量为基础，但其最大的问题是一些肉眼无法检测到的气体分子和其他杂物会吸附在国际公斤原件的表面，使用多年后会出现磨损和划痕等。这些外部因素会导致其质量随时间而变化。这不仅会给质量单位千克带来不确定性，还会影响与质量有关的其他三个基本单位，即坎德拉、安培和摩尔的准确性。因此，基于普朗克常数重新定义千克已经成为国际计量领域最重要的任务之一。

中国创新的测量方法得到了国际上的广泛赞誉

除了美国技术标准协会提交的最精确的测量外，CODATA这次要用的普朗克常数测量数据也有其他三个研究小组的测量结果，这些结果的测量精度达到了所要求的10-8和10-9的数量级。当被问及中国在普朗克常数测量方面达到了什么水平时，李博士说，尽管中国仍需要提高测量精度，但其测量方法的创新已得到国际上的广泛赞誉。

早在2006年，中国计量科学研究院张中华院士领导的课题组就对目前的主流方案——功率平衡方案提出了一种改进方案，即“能量平衡方案”，用互感测量代替功率平衡方案中的电压测量和速度测量，所有测量都在静态下实现，避免了线圈晃动带来的测量困难。目前最新的普朗克常数精度已经达到10-7，距离CODATA的要求只有一个数量级。

此外，张中华院士领导的团队还提出了基于惯性质量测量的摆周期法。该方案原理新颖，独立于世界上常用的两种方案——功率平衡方案和硅球方案，是中国精确测量普朗克常数的创新方案。该方案最新公布的测量结果精度达到了10-5，并且有了空的大幅度提高。