主题:【原创】一公斤是多重? -- 猫元帅
前些日子看报纸,上面说放在巴黎国际计量局的公斤标准物比它的许多复制品轻了50毫克。科学家说他们还不清楚是这个铂铱合金的东西变轻了还是其他的复制品变重了。不过报纸上说这些复制品都是同样的材料在同样的环境下保存,那么到底哪个算是标准的一公斤呢?
从新闻的描述来看,似乎倾向于原有的公斤标准物变轻了。可是这样又引发一个问题,到底应该用复制品作为标准呢还是继续使用原有的标准物作标准呢?毕竟严格说来,只有这个原型才是标准的一公斤呀。50毫克听起来不多,可是用在科学实验上那差别可就大了。如果一公斤的标准改变了,那么可能很多科学家的劳动就要白费。如此看来,这还真是个问题咧。
到底怎么办呢?偶斗胆想了几个外行办法。一个是重新制作公斤标准物,铂铱合金可能是那个时代最合适的材料了。但是科技发展到今天,应该有更好的材料出现了吧。另一个是抛弃物质标准物,能不能做一个称,用它来保存标准的公斤。至于这个称是电子的还是气压的还是弹簧的还是什么的,交给科学家来研究吧。另外,不知道有没有什么结晶、分子之类的东西正好是一克或者一毫克或者N分之一毫克的,要不以后就用它来确定一公斤的标准?
不过说来说去,还是回到了最根本的问题,到底一公斤是多重。究竟是用那个标准物原型作标准还是用它的复制品作标准呢?实在不行的话就学学古人,用刚上任的联合国秘书长体重的一百分之一作为一公斤,大不了每五年一变呗。
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应该是质量的单位,按照物理学,质量是怎么定来着?
现在把标准物原型和它的复制品放到天平上,天平是歪的。到底哪个是正确的呢?
质量是一个基本物理量。其单位有一个明确的具有物理意义的定义。标准质量元件是根据这一定义做出来的,其质量等于这一定义下的一千克。并不是说有了标准质量元件,一千克的定义就变成了“那个元件的质量”,质量元件是“质量等于一千克”的一个秤砣,它自身的质量可用质量定义来检验。元件存在的价值首先是提供一种简便的制作质量度量器具(就是砝码)的办法。这在技术尚未发达的百多年前很有意义,虽然在科技发达的今天也许并不那么重要。
一千克的定义,就我所记得(来自中学物理),是“一个标准大气压下一立方分米的水的质量”。
50毫克,谁在乎
上学期有个拿了炸药奖的老头 Prof. Dr. Klaus von Klitzing 来我们学校做的报告就是这题目.
基本单位可以使用标准来度量,比如巴黎的那坨合金.但是现在最科学的度量还是拿那些基本物理常数,因为不论过多久,这些基本常数都是不变的,普朗克常数h不会变,基本电荷不会变,光速不会变,从这些亘古不变的常数来推导基本单位就可以啦.
所以不用担心那坨合金锈掉多少,那个早就不是问题了.
一米的定义是多少?
答:光在真空中传递xx E xx秒.
秒的定义是啥?
答:.........
在这之前,是一升水的质量。
质量标准是1901年制定的,如果这个质量出现问题,的确有一些罗索。但是也不会造成太大的混乱。
秒的定义是用Cs原子跃迁所发射的光波的周期定义的。Cs原子跃迁是一个不依赖于单位定义的物理量。
但质量定义好像是有些问题。我说的那个用水在标准大气压下的质量来定义单位好像是有些问题。因为压强依赖于力的定义,力=质量*加速度,这里又出现质量了。
但应该可以用水的三相点的密度来定义kg呀,三相点是一个不依赖于单位定义的物理状态
同样材料同样制作方法同样保存环境的两个同样的东西放在天平上,结果不平衡。
不知道是原型轻了还是复制品重了。
我觉得这应该是个材料学的问题。
至于一公斤的标准,反倒成了次要的问题。毕竟有很多方法可以确定。
不过这个公斤标准物是用来校验世界各地送来的其他公斤标准物的,因此如果它出了问题,多少会有一些小麻烦。
从实用上来说,这类度量衡的东西还是应该有个物质的标准物。
“一个标准大气压下一立方分米的水的质量”在精度要求不高的时候当然可以,精度要求高了这样的定义就有问题,谁能保证测量的绝对精度?
前几个月在某科普杂志上看到过一篇有关质量定义的文章,现在打算用某种元素的质量来定义,问题是怎么高精度地测量出有多少个这种元素的原子。
如果河里有人在这方面有所突破,绝对成了大大大大牛了。
惯性质量和重力质量,这两个相等.
100多年前的地磁和现在肯定有变化,造成的G也有变化,那么怎么衡量呢?
现在摩尔的定义,是0.012千克碳12原子的数量。
改一下,把摩尔就定义为阿弗加德罗常数的数字,这样千克就可以定义为1000/12乘以阿弗加德罗常数个碳12原子的质量了。
这样这两个定义就可以都归结于常数了。
不清楚这个常数测量的精确程度是多少,能不能用于标准定义。