重量和金属密度(说起来有点尴尬)

无论是进行物理学研究,还是平时逛市场买个菜,我们都离不开物体质量这个概念(当然了,在买菜时叫做重量,虽然本质上其实并不一样)。而在计算质量的时候,不仅仅需要一个数据,还需要一个单位。

质量(或者重量)最通用的单位,就是千克了。因此,一千克代表了多少质量,决定了我们衡量某个物体质量的重要标志。

重量和金属密度(说起来有点尴尬)(1)

通常来说,我们知道,一升水(也就是一立方分米)的质量是1千克,这不是巧合,因为千克或者克的定义,确实最初就是以水的质量为标准的。

早在二百多年前的时候,法国人提出了“克”和“千克”的概念。他们规定,1立方分米的水在4℃(此时水的密度最大)时的质量,就是1000克,也就是1千克。

可是,这个规定虽然很容易记忆,但带来的问题也很多。在商品交易(主要是商贸)过程中,人们不可能简单地用水来衡量商品的质量,而且交易量太大,不知道要用多少水才可以。

重量和金属密度(说起来有点尴尬)(2)

为了方便,人们在1889年制作了一个铂铱圆柱体(学名叫做国际千克原器,简称大K),其质量为1千克。这个铂铱圆柱体被保存在巴黎郊外一个戒备森严的金库——国际度量衡局(BIPM)总部。从此,1千克代表多少质量,就是大K“说的算”的。

说起来,这件事有点匪夷所思,也难以理解。一个国际单位,也是物理学7大基本单位之一,竟然就靠着一块金属来决定。说得夸张点,万一这个大K被偷走了,人们都不知道1千克到底是多重。

这么夸张的事显然不会发生,但是不代表没有其他的问题出现。随着大K被磨损和消耗,它的质量一直在减少。因此,利用这块金属圆柱体来定义千克的概念,已经不现实了。

经过深思熟虑,就在2019年5月20日,国际计量大会上,科学家们终于决定:更新千克的定义!

重量和金属密度(说起来有点尴尬)(3)

这次定义的更新,基于最新测定的普朗克常数以及光速的数据。也就是说,千克的概念不再以某个具体的物质为标准,也就不用担心它的数据有偏差了。

当然了,千克的概念被重新定义,对于我们普通人来说,基本是没有任何变化的。只是在高精度的实验室里,才会有重要的影响。

事实上,除了千克的概念,其他基本单位的定义,可能也超出了你的想象。

比如米,你以为是某个物质的长度来定义的吗?爱因斯坦的相对论告诉我们,一个物体的长度,会随着它所处的引力场强弱或者速度的快慢而改变。实际上,1米的长度,被定义为光在真空中于1/299792458秒内行进的距离。

重量和金属密度(说起来有点尴尬)(4)

另外,秒的概念,也是比较复杂的。它显然不是把地球自转一周的时间分为24个小时再分60分钟再分60秒,因为地球自转一周不是正好24个小时,而且可能在漫长的岁月里,地球的自转速度会发生变化,实际上,1秒的定义,是铯133原子基态的两个超精细能阶之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9192631770倍的时间。

表示看不懂。

事实上,这个概念本身就很长,后面还有很多约束条件,我们这里并没有写出来。

总之,人类对于基本单位的定义,随着认知的提升、科学发现的增加,而变得越来越精细。我们需要提出更精确的定义方法,才能准确描述这些基本单位。至于现在的定义是否可以一劳永逸,还需要未来更多的发现才能够知道了。

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