【大紀元2018年11月30日訊】（大紀元記者張妮編譯報導）在11月16日法國凡爾賽舉行的第26屆國際度量衡大會上，來自世界60多個國家的代表投票決定重新定義安培、千克、開爾文和摩爾這四個單位。這是一場自1875年以來最大的國際度量衡系統的變革。
全新的度量衡定義結構採用自然界常量作為基礎定義，完全切斷了目前系統與實體標桿物的聯繫。很多單位又在其它單位的基礎上進行定義，比如，「千克」的定義需要用到普朗克常量，以及「秒」和「米」的定義。
在新的系統下，度量衡單位可以更準確地從世界各地生成，而且在各處保持一致。這些變化中最吸睛的要數存放在法國巴黎國際計量局中的高度和寬度都為39.17毫米的合金圓柱體——國際千克原器（IPK）的退休了。這些變化將於2019年5月20日國際度量衡日生效。
甚麼是度量衡系統？實體和常量基準？
丈量任何東西，從稱量幾毫克的藥品到全球坐標定位系統，都少不了要有個參照物，因此世界範圍內需要各種具有統一標準的參照單位讓各處的物體可以在相同的基準上進行比較。這些單位也就是度量衡單位。
在這次變革之前，世界各地對質量的丈量，都要以鎖在法國的實體——千克原器作為基準。
用自然界常量來定義度量衡單位的想法，從19世紀末就有了，可是科學家們花了近150年的時間才達到足夠的精確度。
質量單位「千克」的變化
新定義將使用普朗克常數（h）來定義質量。普朗克常數是光子的頻率與其能量之間的紐帶：能量（E） = 普朗克常數 x 光子的頻率。再利用愛因斯坦的質能轉換公式：E = mc2，於是得到質量（m）與普朗克常數和光子頻率之間的關係。
這就牽扯到對普朗克常數的精確計算。目前有兩種方法。
一種使用以其發明者Bryan Kibble命名的基布爾秤（Kibble balance），把已知的質量與電磁場進行對比而得出的普朗克常數進行衡量。
另一種方法是計算兩個硅-28球體內原子數量測出阿伏伽德羅常量（Avogadro），再轉換為普朗克常量。
使用兩種方法得出的普朗克常量之間一直存在差別，直到2015年這個差值才縮小到可接受的範圍——約1000萬分之幾。
就像1983年，人們把光速確定下來作為距離單位「米」的基礎常量一樣，現在兩種方法測量得到的普朗克值將來也得確定下來作為定義「千克」的基礎。
然而目前還沒能解決差值問題。國際度量衡局（BIPM）的度量衡學家Estefania de Mirandes說，在兩種方法得出的差異解決之前，BIPM都將擔任仲裁的角色。該機構將讓兩方團隊衡量相同的物體，然後用雙方測得的質量均值，作為世界各地稱量的基準。
完全解決兩種方法的差值可能還需要花10年的時間，Mirandés說。
另外，基布爾秤仍是相當昂貴的儀器，而且有一個小房間那麼大，全世界只有五個實驗室有基布爾秤。美國國家標準與技術研究所（NIST）和英國、德國的國家級實驗室正在合作，製造成本低一些、體積小一些的基布爾秤，希望將來各公司、規模小一些的實驗室也能擁有自己的基布爾秤為質量校準。
其它單位的變化
● 電流單位「安培」
1948年第9屆國際計量大會對安培（A）下的定義為：「真空中，截面積可忽略的兩根相距1米的無限長平行圓直導線內，通以等量恆定電流時，若導線間相互作用在每米長度上的力為2×10–7牛頓，則每根導線中的電流為1安培。」
這次新系統中，改用以單個電子的電量為基礎作為定義基準，因為單個電子帶1.602176634 × 10–19庫倫（C）的電量，所以1安培被定義爲每秒鐘有1/(1.602176634 × 10–19)個電子流過時所產生的電流。
● 溫度單位「開爾文」
開爾文（K）將改用與能量和溫度關聯的玻爾茲曼（k）常數進行定義，廢除目前以水的「三相點」的參考基準：k = 1.380649 × 10–23 J／K
● 物質的量單位「摩爾」
摩爾（mol）之前定義為：「擁有與12公克碳-12（碳元素中相對原子質量為12的原子）所含原子數量相同的基本微粒的系統，其物質的量為1摩爾。」
新定義改用阿伏伽德羅常數（NA），即由6.02214076 × 1023個特定基礎粒子組成的系統的物質的量。
下一步工作——對「秒」的重新定義
NIST的物理學家David Newell說，這項里程碑式的變化並不意味著新系統就是完美的了。度量衡學家下一步還要改善對時間單位「秒」的定義，可能還有更多單位也將加入到這一新系統中來。
當前秒的定義是與銫-133原子吸收和放出的微波頻率相關。然而現在利用不同原子與更高頻率可見光互動的「光學鐘」，幾乎能把時間誤差縮小到：在和宇宙年齡相當的時間跨度中誤差只有1秒的程度。
度量衡學家們預期在2026年實現對「秒」定義的更新。為了實現這個目標，度量衡業界需把世界各地的光學鐘進行對比，決定用哪種原子作為標準。「那將會是一個政治皮球。」Newell說。
對1875年成立的國際度量衡局來說，這次的變革是苦樂參半的。會上的發言人高興地打趣說，以後不用再去巴黎了。他們接下來要扮演好把世界各地生成的度量衡基準值進行對比、仲裁的角色，確保它們的準確度。
Mirandes說：「這是一個時代的結束，和新時代的開端。」◇
責任編輯：朱涵儒
