果壳网的大神们,为什么没人来解释一下“国际度量衡委员会将以普朗克常数为基准对质量单位“千克”进行重新定义”的新闻。

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千克此前的定义,是一百多年前订做的某个圆柱形合金砝码的质量。

因此,“一个物体重多少千克”,就等价于“这个物体和多少个标准砝码等重”。

但是受限于制造工艺,砝码的质量可能存在误差。而受限于材料,砝码的质量可能会变化。这个砝码的质量变化了,就意味着世上所有物体的质量都在变化,哪怕幅度很小,这也不是我们希望看到的。所有依赖于人工制品的定义都存在这个问题。

时代在前进,理论在发展,技术在进步。

随着理论的发展,我们需要更准确更稳定的定义,而随着技术的进步,物理量的定义也确实在逐渐更新。

虽然我们总能用更稳定的材料制造出更准确的“标准砝码”,但这样做其实治标不治本。所以现在的思路是脱离人工制品,将基本单位尽可能地往自然常数上靠。这个思路的实现方法是:先通过理论将物理量和某个自然常数联系起来,然后通过各种实验尽可能精确测量这个自然常数,最后用测量值反过来定义这个物理量。

比如我们发现真空光速是不变的,是一个自然常数。而此前秒已经通过铯原子振荡周期重新定义过了,所以之后就用光速的测量值299792458米每秒反过来定义,1米为光在1/299792458秒内走过的距离。

千克和普朗克常数的联系是通过瓦特天平建立的。瓦特天平是一种称量质量的工具,而它的测量原理中包含一些量子化的效应,具体就不展开了,总之就将千克和普朗克常数联系起来了。

普朗克常数是一个常数,在量子力学领域用途广泛,是“不连续性”的标志。最初是在研究黑体辐射时,发现辐射出来的能量并不是连续的,而是一份一份的,存在一个最小的“单元”(只有这样才能解释一系列实验现象)。而这个最小的能量单元和辐射的频率成正比,比例系数就是普朗克常数。

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