主题：【原创】一公斤是多重？ -- 猫元帅
家园 【原创】一公斤是多重？ 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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本帖一共被 3 帖 引用 (帖内工具实现)家园 质量单位的国际标准是目前所有基本物理量国际标准中最差的 最理想的定义，是与不确定度极低的物理现象联系起来。对于古代人来说，日月地的运行是比较稳定的物理现象，秒就曾经被定义为1/86400平太阳日
随着科学的发展，人们找到了更准确的标尺，秒现在的定义是
秒是铯133原子（Cs133）基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9,192,631,770个周期所持续的时间继而米定义在秒的基础上
米是1／299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度遗憾的是，千克始终没有找到不确定度小于国际千克原器的定义方法
人们想过很多办法，比如试图规定XXXX个某种原子的质量为1千克，是不是看上去很精确？遗憾的是，实际做下来还没有超过国际千克原器的水平……
（一个国际标准不是“编”一个定义出来就行了，还要能够将量值传递给下级计量标准，或者说“能够使用”，这个实现起来非常困难）如果谁能搞出来新的定义方法替代国际千克原器这种原始的“实物法”定义，绝对是计量学领域的一大突破
家园 标准应该是一升纯水啊--阿机密德 1791年规定：1立方分米的纯水在4℃时的质量 ，并用铂铱合金制成原器，保存在巴黎，后称国际千克原器。
这个千克器，爸爸就是水，和他爸爸比比不就知道了吗
家园 存水的定义满足19世纪的精度要求，但是显然不满足21世纪 的精度要求。
1、氢有3种同位素， 1H、2H、3H
2、氧也有3种同位素 16O、17O、18O
这样水有的组成实际上有9种可能，你这个纯水到底指的的那种呢？
另外，水是两种元素组成的分子，他的分离和提纯就是一个问题，非常难以区分不同同位素组成的重量相同的分子，比如 1H17O的质量与2H16O的质量是几乎一样的，因此无法用离心机之类的进行分离。但是从量子力学角度1H17O的质量与2H16O的质量并不完全一样。另外 1H17O占用的空间与2H16O占用的空间也可能有微小的区别，这对精度也是有影响的。
另外一个问题是，水在4摄氏度下必须要容器，但是任何容器在微观条件下体积都是不确定的，因为容器壁必然有微小的突起和凹陷，虽然不大，但是放几个水分子还是没有问题的。因此，容器体积的精确测量也是难以实现的。
就现在科学界的方法是，用高纯度硅（只含有28si一种同位素），精密生长成为单晶体，然后测量体积。
优点是，硅是原子，性质单一，化学上也很稳定，并且同位素只有2种28SI、29SI，可以用离心分离技术提纯到6个9 等高纯度，单晶硅如果生产的好，可以形成非常规则、有序的晶格，在空间和结构上很稳定。稳定有序的晶格结构便于用长度测量的方法来计算28si的原子个数。
如果能精确的计算原子个数，那么就能精确的定义质量了。
家园 科学美国人杂志有一期就是说这个问题。 现在的办法是用非常纯的硅（si28），然后精确生长成为无缺陷晶体，然后计算特定的体积下有多少个硅原子。 以N个硅原子的质量作为标准质量/重量
家园 谢宝 恭喜：你意外获得【通宝】一枚鲜花已经成功送出。
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家园 现在好象只有质量单位没有用某个物理常数来定义。 “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。
家园 How long is 1 Meter? 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.
家园 不要混淆了概念 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”。
- 复 不要混淆了概念
家园 意思明白了。不过问题在于 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。
- 复 不要混淆了概念
家园 一千克的确是那个标准的质量 The kilogram is the unit of mass; it is equal to the mass of the international prototype of the kilogram.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。