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公斤神秘变轻了 以普朗克常数重新定义

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人要做运动减磅,但它甚么都没做过却减磅了。它是用来定义「公斤」( kilogram)的铂铱合金圆柱体,这个国际公斤原器在过去百年来神秘地轻了 50微克。科学家正研究以物理学中的普朗克常数( Planck constant)重新定义公斤,取代这个公斤原器。

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国际公斤原器,由 1889年起存放在巴黎近郊的国际计量局( BIPM)。它被两层钟罩罩着放在夹万内,里里外外总共有三道锁森严保护。国际计量局是一个永久性科技实验室,成立宗旨包括确保维护国际度量衡标准的一致性,和确保计量科学的发展。但科学家 2007年检查这个铂铱合金圆柱体时,赫然发现它竟然比数十个複製品的平均重量轻了 50微克,等同一粒细沙。

那50微克去了哪里?人间蒸发了?腐蚀了?这仍是科学家迄今未解的谜团。但国际计量局的物理学家斯托克指,国际公斤原器「在过去一世纪已履行了职责,表现不错」,但以实物作为计量标准,存在不少缺点。

缺点先是它有机会受破坏,其次是全世界只有巴黎有这个原器,不方便其他地方的科学家研究。此外,「随着计量技术越来越精确,而精确计量需要明确界定的单位来表达结果」,因此有必要以另一方法取代原器。

事实上「国际单位制」( International System of Units,SI)的七大公制度量衡单位中,只剩公斤是用人工製实物定义。其馀六个单位包括米、秒、热力学中的开尔文( Kelvin)、计算物质质量等的摩尔( mole)、电流单位安倍( ampere)和发光强度单位坎德拉( candela),早已改为非实体单位计算,令标准更稳定。

科学家多年前已试用普朗克常数,取代国际公斤原器来定义公斤。普朗克常数是一个物理常数,用来描述量子大小,非常精细。但科学家必须进行许多次实验,透过比较电子和机械力量,连结质量与普朗克常数。当各国科学家的实验结果数值一致,就能为公斤下新的定义。

科学家昨日(周一)齐集英国皇家学会展示研究成果。斯托克说:「国际已有共识,不久的未来公斤就会重新定义。」他相信当国际计量大会 2015年举行时,会正式落实。届时国际公斤原器,将走进历史。

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