正在阅读: 从实物原器到常数定义 千克还是那个千克
安徽快3> 科技频道> 综合新闻 > 正文

从实物原器到常数定义 千克还是那个千克

来源:2019-06-06 09:35

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  今年刚过去不久的“5·20”不仅是现代版情人节,一个影响全世界的变化也就此开始——新修订的国际单位制(SI)在第20个世界计量日正式启用。“秒”“米”“千克”等7个基本单位的定义标准将从原本的实物原器变为由常数定义。

  原本好好的标准为何要改变?这样的改变将给全球带来怎样的影响?为了这样一个改变,世界各地的科学家又做出了怎样的贡献?

安徽快3  国际计量委员会副主席约阿希姆·乌尔里希曾公开表示,新定义生效后,千克可以通过任何适当的方法复现,比如基布尔天平法和阿佛加德罗法等。

  但变化并不仅限于此。“SI重新定义,意味着所有SI单位将由描述客观世界的常数定义。重新定义开启了任意时刻、任意地点、任意主体根据定义实现单位量值的大门,对经济、科技与民生等都将产生深刻影响。”湖北省计量测试技术研究院副院长汤雄在文章中指出。

  然而,为了让1千克成为更准确的1千克,确定标准后,研究者为了找到合适的操作方法,还有不少工作要做。

  极致“强迫症”

  2018年11月,第26届国际计量大会(CGPM)在法国凡尔赛举行。此次大会正式通过了经53个成员国表决的关于修订SI的1号决议。即SI基本单位中的4个单位——质量单位千克、电流单位安培、温度单位开尔文、物质的量单位摩尔分别由普朗克常数h、基本电荷常数e、玻尔兹曼常数k和阿佛加德罗常数NA定义。

安徽快3  加上长度单位米、时间单位秒和光照强度单位坎德拉,至此国际单位制的7个基本单位全部由物理常数定义。这一改变的实现其实是全世界研究者共同努力的结果。

  梳理历届国际计量大会的主题可以发现,世界各国的计量学研究者可谓是一群有着极致“强迫症”的人。从几百年前开始,这群人就开始琢磨怎样缩小单位标准的不确定性。从1889年首届CGPM开始,从最基本的米、千克起,到逐步扩大基本单位数量,再到将每一种定义升级到更精确的水平……一套严密、完整的单位制随着人类的科学、贸易进步而诞生。

  以质量单位千克为例,18世纪时,人们对1千克的定义是4摄氏度时1立方分米水的质量。到了1889年,一块由铂铱合金制成的圆柱块成了人们衡量千克的标准。这一被称为千克原器的圆柱体直径和高度约为39毫米,服役时间长达130年。大部分时间里,千克原器静静躺在法国塞夫勒布勒特伊宫地下的保险箱中。国际计量局会据此复制出同样尺寸的砝码,分发给成员国作为国家基准。

  但在此期间,由于使用中形成的磨损、缓慢吸附在物体上的气体等原因,人们意识到原器和复制品之间存在质量值偏差。经过1889年、1946年和1989年的3次校准,各国基准与原器本身的差值浮动范围平均在0。05毫克,千克原器的稳定性受到质疑。更重要的是,千克原器作为一个实体,一旦丢失,整个世界将陷入混乱。

  其实在千克之前,世界各国的研究者已经就某些单位的重新定义达成了一致。比如1983年,第17届CGPM重新定义了1米有多长:光在真空中行进1/299792458秒的距离。在更早的1967年,1秒的定义就已进入原子时代:铯原子中电子能级跃迁周期的9192631770倍就是1秒钟。

安徽快3  2005年,国际计量委员会起草了关于采用基本物理常数定义部分SI基本单位的框架草案,鼓励有能力的国家级实验室开展相关研究。其中千克将通过基本恒定的普朗克常数定义,这意味着质量基本单位的不确定性会进一步缩小。

  不过,实现这一步,还有一些条件需要满足。

  世界五大挑战之一

  中国计量科学研究院研究员王健告诉《中国科学报》,千克的重新定义工作可分为两大部分:量值复现和量值传递。前一个部分就包括测量普朗克常数。

  以物理常数为基准定义1千克有多重,首先要确定其准确度。因此首先应对普朗克常数进行精确测量。这一工作可谓是计量学领域的一大险峰,曾在2012年被《自然》杂志评选为世界五大最具挑战性的科学实验之一,与探索外星生命和捕捉引力波齐名。有了精确测量的普朗克常数后,不仅是千克的定义,摩尔、安培等基本单位所依照的常数也可以确定下来。

  对此,世界各国的科学家有机会一展身手。获得广泛认可的方法之一是通过功率天平测定普朗克常数,原理是将对质量的测量等价为对电磁力的测量。该方法1975年由英国国家物理实验室基布尔博士提出,因而功率天平又称基布尔天平。之后,美国、瑞士、法国、加拿大等国家的研究团队纷纷展开攻关,力求提升测量准确性。2017年,美国国家计量院宣布用第四代功率天平测定的结果不确定度为1.3×10-8,准确性进一步提升。

  2006年,中国计量科学研究院计量学专家、中国工程院院士张钟华等人提出了名为“能量天平”的新方案。原理是基于电磁能量和机械势能平衡,测量结果与天平中线圈的静态位置相关,线圈运动过程中产生的误差可被消除。2017年,在中国向国际科学数据委员会基本物理常数任务组提交的测量结果中,不确定度为2.4×10-7。未来,这一准确性还会随着方案的优化进一步提升。

  从旧到新

  量值复现工作基本完成后,还需要考虑量值传递的问题。王健告诉《中国科学报》,从前的千克实物原器都不是在真空条件下移动,在进行质量的传递时,也都是在空气中完成一系列操作。

  而不论采用功率天平法还是能量天平法重新定义千克,都是在真空条件下测量普朗克常数。这就意味着,要依照新的定义标准把真空状态下测出的质量传递到空气中的砝码上并没有那么简单。

  为了解决量值传递的关键技术问题,2017年,中国计量科学研究院曾建立了最大量程1千克的高准确度真空质量测量装置,该系统测量灵敏度优于0.1μ克。在真空质量测量、真空质量标准的传递等方面取得了一系列突破。

  王健表示,直到现在,世界各国的计量学家还在寻找量值传递的优化方案,也就是说,从旧的尺度完全更替到新的尺度,还有一个循序渐进的过程。

  中国科学院自然科学史研究所副研究员李亮告诉《中国科学报》,计量单位从古至今一直在经历各种变换。用一个新的标准替代旧的标准,要考虑的不仅仅是技术方面的问题,这背后还有文化、历史和政治等多方面的因素。

  “某一个尺度的标准从设立伊始,人们就会想办法让这一标准更为可靠与恒定。”李亮表示,每一个标准的确立,其实都是博弈、商讨、妥协的结果。(任芳言)

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 核心价值观百场讲坛走进湖南邵阳

  • 安徽快3“数字故宫”发布7款数字产品

独家策划

推荐阅读
值得一提的是,天宫一号还是中国第一个“太空教室”,在神舟十号飞行任务期间,航天员王亚平在聂海胜、张晓光的配合下,为全国6000多万中小学生进行太空授课。空间科学实验是天宫二号任务的重要内容,在轨运行期间,开展了地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验。
2019-07-17 10:09
“目前柔性电子技术的整体思路是,通过工程设计使硬质的电子元器件实现柔性化,改变电子系统的刚性物理。“柔性电子技术可以实现信息获取、处理、传输、显示以及能源的柔性化,以其更好的生物兼容性实现真正的万物皆互联。
2019-07-17 09:52
基于上述规律,研究人员建立了一个普适的定量模型:内壁上氢的能量取决于吸附点的类型以及内壁上氢的面密度,而芯部氢的能量则由氢的体密度决定。这项研究建立了氢与纳米孔洞相互作用的定量物理模型,为理解氢致金属材料损伤提供了寻求已久的关键认知。
2019-07-17 08:52
美国一研究小组在《临床调查杂志》上发表研究报告称,他们在长期接受联合抗逆转录病毒治疗的艾滋病患者的脑脊液中,检测到了艾滋病病毒(HIV)DNA,并发现这些患者存在认知障碍的可能性要高于脑脊液细胞中没有HIV的同龄人。
2019-07-17 08:54
英国《自然·医学》杂志16日发表一项最新研究,美国研究人员建立深度学习模型,开发出一种可以分辨健康组织和癌组织的人工智能(AI)系统。这种深度学习算法能帮病理学家排除最多75%的无用信息组织样本,同时确保100%的敏感性。
2019-07-17 08:53
根据英国一家咨询公司最近发布的研究报告,2018年全球自动柜员机(ATM)的数量减少了1%。新加坡总理李显龙鼓励该国机构学习中国领先的移动支付经验……  在数字支付领域,中国占据一定领先优势。
2019-07-17 10:08
日前,据英国ITV、BBC等多家媒体报道称,英格兰银行行长马克·卡尼宣布,英国著名科学家、计算机科学和人工智能之父艾伦·图灵成为英国50英镑新钞人物。目前的50英镑纸币上,一面印有英国女王头像,另一面是两位工业革命的先驱——蒸汽机先驱詹姆斯·瓦特和马修·博尔顿。
2019-07-17 10:03
7月13日,小冰的首个个展《或然世界Alternative Worlds》在中央美术学院美术馆开幕,图为展览现场。”  一切都很普通,除了,她不是人——微软小冰,永远18岁的人工智能少女画家。
2019-07-17 10:00
不论是航天科技集团的“鸿雁”星座、还是航天科工集团的“虹云”工程……中国版的太空低轨小卫星星座计划应者云集。作为我国“商业航天国家队”的代表——中国长征火箭有限公司近期正紧锣密鼓地筹备其首枚商业航天型号火箭“捷龙一号”的发射首飞。
2019-07-17 09:59
近日,多家在线医疗平台收到苹果公司要求,应用内购买需要使用IAP(In App Purchase 应用内购买)服务,并缴纳30%的交易所得。据微医方面介绍,目前苹果平台针对在线医疗平台收取服务费的是图文问诊部分,视频问诊和电话问诊尚未征收。
2019-07-17 09:58
题:中国经济的韧性|长虹:产业报国 初心不改 2017年7月21日晚间,“长虹系”上市公司相继发布公告,以李伟、杨军、吴定刚、杨秀彪为首的70后登上长虹系经营管理层的舞台,给长虹注入一股新风和活力。
2019-07-17 09:57
对创新来说,严管常常也是厚爱。及时出手、加以严管,往往反倒是真正的保护  这个夏天,曾经热得“发烫”的共享单车“退烧”了。听之任之、放任不管,很可能使创新埋下隐患、走上弯路;及时出手、加以严管,不一定就是“扼杀”创新,往往反倒是真正的保护。
2019-07-17 09:56
眼下,许多地方开始陆续实施垃圾分类,方浩认为第三个风口就要起来了,“五年后,会涌现一堆垃圾分类和回收的上市公司。做回收四年,方浩的感受就是这个领域还有很多“小无散乱”,“规模小、无照经营,散乱就是垃圾的‘滴漏’很严重。
2019-07-17 09:55
7月16日,广西河池市东兰县隘洞镇坡拉村高更屯村民拿着刚刚领取的救灾物资回家。7月16日,隘洞镇民兵应急分队经过陆路、水路到达坡拉村高更屯,手提肩扛为被洪水围困的群众送去救援物资。
2019-07-17 10:04
7月14日,“华龙一号”全球首堆示范工程——福清核电5号机组外穹顶封顶混凝土浇筑圆满完成。“华龙一号”是我国具有完全自主知识产权的第三代核电技术,拥有双层安全壳,可以抵御大飞机的撞击。
2019-07-17 09:54
重约2000吨,顶升力4000多吨,封闭式全钢结构,平台面积1600平方米,施工荷载2300吨,在千米高空,能抵御10级大风。资料显示,“空中造楼机”系统主要由钢框架系统、支撑与顶升系统、模板系统、挂架系统及附属设施系统以及一台ZSL380动臂塔吊组成。
2019-07-17 08:57
日本国立天文台日前发表声明,对围绕地球运动的人造卫星造成的天体观测负面影响表示担忧,要求卫星运营公司考虑和采取措施减少对天文观测的影响。
2019-07-17 08:54
一切都很普通,除了,她不是人——微软小冰,永远18岁的人工智能少女画家。
2019-07-16 09:40
基因检测发展初期一直被用于疾病的诊断,近些年的基因检测产品也能为健康人进行不同功能的诊断,包括通过对比得出宗谱等带有娱乐色彩的项目。随着新产品的开发,基因检测能够道出的身体秘密越来越多。
2019-07-16 09:35
近日,在由广东省科学技术厅、广东省科学技术协会主办的“岭南科学论坛·双周创新论坛”上,专家学者们聚焦“科技成果转化和职务成果所有权混改”,探讨如何走好科技成果转化的“最后一公里”。
2019-07-16 09:33
加载更多
澳门国际百家乐 澳门在线百家乐 澳门在线百家乐 江苏快三 澳门百家乐玩法大全 江苏快3 澳门百家乐玩法大全 安徽快三 江苏快3 江苏快3