國際千克原器。圖片來自網(wǎng)絡

原標題：“千克”重新定義，與你我都有關——青年科學家李世松博士為此解疑釋惑

“對我這種平時菜市場都不進的人，應該不會有影響吧?”

“我關心的是，以后買一斤肉還是不是原來那么多?”

“與菜市場的稱準不準有什么關系?”……

這些是坊間有關“千克”重新定義的種種疑惑。

近日，美國標準科學研究院(NIST)公布普朗克常數(shù)最精確測量值，并提交國際科學數(shù)據(jù)委員會(CODATA)，明年國際度量衡委員會將以普朗克常數(shù)為基準對質(zhì)量單位“千克”進行重新定義。

消息發(fā)出后，因生活中稱重無處不在，讀者們在評論區(qū)對此展開了熱烈的討論。質(zhì)量單位為什么要重新定義?究竟對我們生活會不會產(chǎn)生影響?有什么樣的影響?中國在此領域的研究地位如何?帶著這些讀者關切的問題，科技日報記者通過電子郵件采訪了身在法國工作的清華大學青年科學家李世松博士，他曾在NIST先后工作14個月，參與普朗克常數(shù)的精確測量研究。

不影響日常生活只為量子應用建基準

李世松告訴記者，因千克重新定義仍以現(xiàn)有千克量值為標準，兩者可實現(xiàn)無縫連接，兩種定義下的質(zhì)量單位量值能保證連續(xù)性，并且CODATA要求普朗克常數(shù)測量精度至少要達到2×10-8，千克重新定義并不會對我們的日常生活造成影響。

“采用基于普朗克常數(shù)的千克重新定義，實際上是科學家試圖建立某種質(zhì)量量子基準。隨著量子物理的快速發(fā)展，以及量子計算機和量子通信等眾多先進技術的成功運用，以量子基準取代傳統(tǒng)的實物基準，已成為計量基準發(fā)展的新趨勢。”李世松表示，“量子基準的單位量值與物體的形狀、體積和質(zhì)量等宏觀參數(shù)沒有直接關聯(lián)，這樣可避免宏觀參數(shù)的不穩(wěn)定引起的量值改變，對量子技術的未來發(fā)展具有重要意義。”

李世松還以國際單位制中的“秒”為例進行了說明。他說，秒已經(jīng)建立了量子基準，現(xiàn)在秒的準確性已經(jīng)達到10-18數(shù)量級，因此被大家在日常生活中用作導航的全球定位系統(tǒng)(GPS)才得以高度精準地發(fā)展，并在軍事、勘測等領域獲得了廣泛應用。

重新定義千克意在保證其穩(wěn)定準確

對于國際度量衡委員會為什么要對千克重新定義，李世松博士告訴記者，現(xiàn)有國際單位制中的7個基本單位，除了千克，都已經(jīng)改用非實物為基準。只有質(zhì)量單位千克還在沿用100多年前的實物基準，其穩(wěn)定性和準確性面臨著重大挑戰(zhàn)。

李世松介紹說，目前千克的定義是以鉑銥合金(90%鉑+10%銥)制作的砝碼(即“國際千克原器”)為基準，但其最大問題是，國際千克原器表面會吸附一些肉眼無法察覺的氣體分子和其他雜物，以及多年使用會出現(xiàn)磨損及劃痕等，這些外界因素會導致其質(zhì)量隨著時間的推移而發(fā)生變化。這不僅會給質(zhì)量單位千克帶來不確定性，與質(zhì)量有關的另三個基本單位坎德拉、安培、摩爾的準確性也會連帶受到影響。因此，以普朗克常數(shù)為基準重新定義千克，成為當前國際計量界的首要任務之一。

中國創(chuàng)新測量方法得到國際廣泛好評

CODATA這次將要采用的普朗克常數(shù)測量數(shù)據(jù)，除了美國技術標準研究院這次提交的最精確測量，還有其他三個研究團隊的測量結果，這些結果的測量精度都達到要求的10-8和10-9量級。當記者問到中國在普朗克常數(shù)的測量領域達到什么樣的水平時，李世松博士表示，中國雖然在測量精度上還需提高，但在測量方法上的創(chuàng)新在國際上廣受好評。

早在2006年，中國計量科學研究院張鐘華院士領銜的課題組，提出了一種對目前主流方案——功率天平方案的改進方案，即“能量天平方案”，用互感量測量代替了功率天平方案中的電壓測量和速度測量，且所有測量均在靜態(tài)下實現(xiàn)，避免了線圈晃動帶來的測量困難。目前最新普朗克常數(shù)的精度量級已經(jīng)達到10-7，距離CODATA的要求只差一個量級。

另外，張鐘華院士帶領團隊還提出了一種基于慣性質(zhì)量測量的擺動周期法，該方案原理新穎，獨立于目前世界通用的兩種方案——功率(能量)天平方案和硅球方案，是精確測量普朗克常數(shù)的創(chuàng)新性中國方案。該方案最新發(fā)表的測量結果精確度也已經(jīng)達到10-5，還有巨大的提升空間。

記者 聶翠蓉