在三个嵌套的玻璃钟罩下密封，一个闪闪发光的金属圆筒坐落在法国塞夫勒国际度量衡局的温度控制的拱顶中。被称为Le Grande K或Big K的铂金和铱在一个多世纪以来一直在全球范围内定义 - 从浴室秤到医学实验室天平。

但这一切都将改变。

今天，来自60多个国家的代表在法国凡尔赛举行的度量衡大会第26次会议上投票决定重新定义千克。此时，测量将基于物理学中称为普朗克常数的基本因素，而不是将该单位建立在这个物理对象上。这个无穷小的数字，以小数点后的33个零开始，描述了从蜡烛火焰闪烁到星云闪烁的所有事物中被称为光子的基本光谱包的行为。

“这一基本常数融入了宇宙结构，” 国家标准与技术研究所团队负责人Stephan Schlamminger说道，他与国际科学家队一起努力改进普朗克公斤重新定义的常数。最重要的是，无论位置如何，此值始终保持不变。

一个巨大的变化

公斤是国际单位制中的七个基本单位之一，它定义了所有其他测量。(其他六个基本单位是米，第二个，鼹鼠，安培，开尔文和坎德拉)。人们很容易忽视单位的重要性，但这七个单位是宇宙中一切的基础。它们确保了制造，商业，科学创新等方面的稳定性。

Schlamminger说，公制系统后来成为国际单位系统，于18世纪后期被设想为一种让所有人都可以随时进行测量的方法。希望是在一个冒险进入不同城镇的世界中简化日常生活，这意味着需要学习不同的措施系统。

国际度量衡局的名誉研究物理学家理查德戴维斯 解释说，这些早期公制单位中有许多是基于自然界的事物，该组织负责管理与测量有关的所有事物。但最终，这些被证明是不切实际的。例如，仪表被定义为从北极到赤道的距离的1 / 10,000,000，经过巴黎。千克是在其冰点处的一升蒸馏水的质量。

“他们只是没有技术或科学才能成功，”戴维斯说。因此，在1799年6月，两个铂金标准 - 一根米杆和一公斤圆筒 - 被锻造，标志着十进制公制的创建。为了提高它们的稳定性，原型在1889年由铂 - 铱合金重新铸造并存放在锁和钥匙下。

然而，这种对物理对象的依赖也存在问题。“物质对象不会一直存在，”Schlamminger说。咖啡杯破碎; 衣服撕裂; 管道生锈。更重要的是，锁定在金库中，这些物品肯定不是“适合所有人”。

在这一世纪中，这些物理对象逐一被基本常数所取代。公斤是最后的坚持。

多年的减肥

除了难以接近之外，Big K还完成了工作。科学家们为世界各地的研究人员制作了一系列副本供他们使用。在将近130年的时间里，研究人员只有三次将Big K从其金库中释放出来，将珍贵的圆柱体与其多余的圆柱体进行比较。

但随着这些比较中的每一次，科学家们越来越担心：大K似乎正在减肥。

与其副本相比，这个小圆柱似乎越来越轻。那个，或者它的副本越来越重了。不可能说哪个，因为根据定义，Big K正好是一公斤。即使有人拿了一个文件并刮掉了一个角落，Big K仍然会重一公斤，全世界的公斤将不得不调整。

总的来说，Big K的质量与其副本的差异大约为50微克 - 几乎是一粒盐的质量。虽然这可能看起来不是很多，但对于像医学这样严格的领域来说，这是一个巨大的问题。最重要的是，这种损失不仅会影响质量，还会影响任何其他单位，如牛顿，它们与质量相关。

这是怎么回事?

为解决这一重量损失问题，度量衡大会于2011年一致通过决议，重新定义公斤和三个额外的单位 - 安培，开尔文和鼹鼠 -基于“自然界的不变量”。从那以后，科学家围绕世界已经争先恐后地寻求解决方案。

公斤出现了两种不同的可能性，这两种可能性都与普朗克的常数相关。第一种是基于称为Kibble平衡的东西。它有点像经典的光束平衡，实质上是一个两边都有吊盘的酒吧。要测量某物的重量，请将已知质量放在一侧，将感兴趣的物体放在另一侧。由于重力，您可以知道该物体相对于已知质量的重量。

然而，对于粗磨平衡，这些平底锅中的一个基本上用磁场中的线圈代替。而不是使用重力来平衡质量，它使用电磁力。通过将质量与该电磁力的各个方面进行比较，科学家们可以对普朗克常数进行精确测量。

另一个解决方案是基于制作另一个闪闪发光的物体：一个完美的晶体硅球28。这个想法是基于一个称为Avogadro数的常数，它将痣中的原子数定义为大约602,214,000,000,000,000,000,000。通过计算硅球中正好1千克的原子数，科学家们可以非常准确地计算出阿伏加德罗的数量。然后可以将其转换为普朗克常数。(了解有关在千克重新定义中使用Avogadro数量的更多信息。)

普朗克常数的最终值是难以想象的小：0.0000000000000000000000000000000000000662607015米 - 平方 - 千克每秒。

等待结束了

Schlamminger说，通过这两种方法，科学家现在可以测量一公斤，其中不确定性为100,000,000的一部分，差异大约是睫毛重量的四分之一。“这就是科学中的东西 - 没有完美的东西，”他说，“总是有随机效应，而且总会有一点点分散。而且你必须决定：它是否足够好?“今天的一致投票表明这确实足够好。

该变更将于2019年5月20日生效。“那天，你不会看到我们日常生活中的任何变化，”戴维斯说。但不管怎样，地球上的每一个尺度都与国际千克标准相关联。虽然在您的厨房中测量面粉将保持不变，但新标准为制造汽车零部件，开发新药物和制作科学仪器等事物带来了不同的世界。

今天的投票不仅因为现在可以进行这些测量的令人难以置信的精确度而着称，而是在这项工作的基础上进行国际合作。在代表们一致通过新定义后，法国科学院院长塞巴斯蒂安·坎德尔总结道：“我希望世界上许多其他问题也能实现。”