[新聞] 科學家的噩夢：世界通用的1公斤縮水了

看板Physics作者fengwing (liberty)時間8年前 (2015/09/30 17:00)推噓16(16推 0噓 28→)

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它變，全世界都得跟著變！科學家的噩夢：世界通用的「1公斤」縮水了 http://www.storm.mg/lifestyle/63533 風傳媒，王穎芝什麼都不做就改變體重，大概是許多人的夢想，但如果體重上升的話，恐怕就變成噩夢。現在科學家也有個噩夢，那就是，1公斤可能不再是1000公克！大K的傳說：只有3位科學家碰在一起才能把大K拿出來我們熟悉的「公斤」，其實在100多年前才被定義出來，原本的定義是攝氏0度時，1000毫升的水等於 1 公斤，但是水的密度會隨溫度改變，純水也很難取得。1889 年，國際度量衡大會（CGPM）打造了一個鉑銥合金的圓柱體，稱為國際公斤原器（international prot otype of kilogram，簡稱IPK），它的重量，從此就是世界通用的「1 公斤」，也是世上唯一還在用實物當成標準的國際單位。和高爾夫球差不多大的公斤原器，被科學家暱稱為「大K」（Le Grand K/Big K），大K有 40個「同胞手足」，被送到世界各地給人們當成標準，每隔許多年會拿出來校準，為了排除所有會影響大K重量的因素，大K被鎖在巴黎近郊國際度量衡總部的三層真空玻璃罩裡，只有分別握有鑰匙的三位科學家聚在一起，才能把大K拿出來。百年來大K只跟手足聚首過 3次，科學家幾乎不敢碰觸，連清潔也要利用蒸氣。大K的煩惱：差一點，就差很大！可是這樣重重保護下，大K還是縮水了！隨著科技日新月異，1992年科學家不安地察覺— —不知道是「手足們」變重，還是大K受損，幾經校對之後，大K的體重竟然減少了50微克！也就是說公斤原本等於1000公克，現在等於1000公克減去50微克。 50微克有多重呢？其實，大概就是一粒沙子的重量。只是一粒沙子的重量，為什麼科學家要這麼緊張？原來，「公斤」代表著質量單位，和公斤相關的測量單位非常多，例如力學單位「牛頓」，它的定義就是「使質量 1 公斤的物體擁有1 m/s2 加速度的力」。牛頓也拿來協助定義壓力單位「帕斯卡」。還不止這樣，能量單位「焦耳」的定義也跟牛頓有關，焦耳又被用來定義電力的單位「瓦特」，瓦特又是亮度單位「燭光」定義的一部份......總而言之，如果讓質量單位隨著大K一起縮水，這些測量單位統統會跟著改變！這樣的巨變簡直就是蝴蝶效應，除了學術研究之外，醫學界、工程界－－講求精密測量的科學科技全都得跟著改變，那會是多可怕的災難？因此，一定要找個方法重新定義「公斤」，但又不會影響到現行的標準。讓大Ｋ功成身退的方法：天平還是矽球？從實物標準，轉化為不易改變的物理量標準，人類已經有了經驗，「公尺」的定義過去也是依照一條鉑銥合金棒子的長度，1983 年之後就改為「光在真空中前進1/299,792,458秒的距離」。看起來比較複雜，但才能確保這個標準不易變動。面對大K的問題，科學家已經找出兩個可能的解決之道，其中之一就是一顆同為1公斤的漂亮矽球。這顆矽球由「矽28」組成，矽28是矽的同位素中最穩定的一種，多虧半導體工業的高度發展，科學家已經有辦法製造純度非常高的矽球。但是，並不是要用矽球取代大K ，而是計算球裡面的矽原子數量，就像計算口香糖機裡面有幾顆口香糖球一樣，一公斤的矽球裡面有幾個矽原子？算出來的答案，很可能就會成為新的「公斤」定義。數原子的方法屬於化學裡很重要的概念「亞弗加厥常數」，也就是「莫耳」。12公克重的碳12裡，有著約6.0221367x10^23個碳原子，這個數量就是1莫耳，這個數值就是亞弗加厥常數。人類的技術無法測量1 個碳原子或矽原子的重量，因此無論碳還是矽，其實都是估計值，只是矽 28 的結晶體近乎完美，每個原子所占空間幾乎相同，所以是目前測量出誤差值最小的方法。另外一派科學家，則希望可以使用「瓦特天平」來重新定義公斤，由於載有電流的線圈可以產生磁力，如果放上1 公斤的珐碼，測量需要多少電功率才能與珐碼達到平衡，得到的能量數值也可以成為公斤的定義。這個方法當然也有缺點，並不是每個地方的重力都一樣，而且瓦特天平可能受到震動、空氣浮力或電流外漏等影響，需要非常穩定的空間才能測量。所以現在國際度量衡大會仍然猶疑不定，還沒選出即將取代大K的方法。你比較喜歡哪個方法呢？可以確定的是，幾年之內大K就要「退役」，不過憑它 100 多年來的功勞，恐怕還是逃不了被鎖在博物館罩子裡的命運! -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 203.64.102.33 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Physics/M.1443603644.A.882.html

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