国际千克原器

　　天气转寒，正是贴秋膘的季节。人们在纷纷扑向热气腾腾的烤鱼、羊汤和肥牛时，又不得不面对一个充满恶意的问题：你长胖了几千克？

　　俗话说“美女不过百（斤）”，多少女中豪杰跟“５０千克”较上了劲。想要保持体重着实不易，但撼动铁面无私的称重系统，还真不是没有可能。

　　日前，国际计量委员会（ＣＩＭＰ）的科学家们宣布，他们终于确立了定义“千克（ｋｇ）”这一质量基本单位的新方法。物理常数普朗克常量将会接替现用的千克标准———国际千克原器“大Ｋ”（Ｌｅ Ｇｒａｎｄ Ｋ），承担起对千克进行定义的职责。１０月１５日和１６日，国际计量委员会在巴黎举行会议，探讨了下一步的具体举措。

　　这么说来，千克要变了？消息传来，非科学界人士也跟着激动。“我就指望这个让我体重下降到１００斤了。”一名女网友飞快地转发了这条新闻。还有人脑洞大开：“如果以一只青岛大虾为基础来定义质量，鄙人体重约为１４００只青岛大虾。”

　　快醒一醒！科学家们为之辛苦奋斗数十载，可不是为了让你分分钟切换进“小量级”。

　　陌生的国际千克原器，实际上无处不在

　　凭什么你的体重就叫“５０千克”？如果非要质问的话，国际千克原器大Ｋ就是你要找的对象。

　　大部分人从不曾见过或听说过它，但它实际上无处不在。在菜市场称蔬菜瓜果，为大型汽车轮船测定载重，或是为太阳系外的行星乃至星系估算质量———在这个世界上，对任何物体的质量测定都要追溯到这个３９毫米高、底面直径也为３９毫米的貌不惊人的金属圆柱体上来。

　　１８８９年，在法国巴黎召开的第一届国际计量大会（ＣＧＰＭ）将国际单位制中度量质量的基本单位“千克”定义为：“等于国际千克原器的质量”，这个“身高等于腰围”的圆胖子还得了个昵称“大Ｋ”。

　　从那以后，大Ｋ就成为科学家钦定的质量界“主君”，住进位于巴黎郊区的国际计量局（ＢＩＰＭ）白色复古豪宅的地下储藏室。

　　人们对它委以重任，并寄予它“永远不会改变”的期许。

　　它由９∶１的铂铱合金制成，具有极强的抗氧化性和抗化学腐蚀性。圆柱体的形状也使它的表面积尽量减少，从而较大程度降低附着污染物的影响。

　　与大Ｋ一母同胞的还有几十个复制品。其中６个官方复制品与它保存在同一个地下室，其余的则到世界各地，成为不同国家的原器或质量基准。它们是大Ｋ的同胞兄弟，也是遣往各国的“使臣”，担负着校正全球质量标准的任务。

　　在中国，６０号和６４号两颗大Ｋ复制品驻扎在计量科学研究院昌平实验基地。它们每隔２０年都要不远万里回到巴黎述职，与官方复制品进行对比，接受长达数月的严格检查，以确定误差和稳定性。待它们返回后，这样的校正传递会一直抵达基层，确保国内称重仪器的准确和统一，比如各个实验室的天平、工厂的货秤，再比如，你家里的体重秤。

　　正是通过这个辛劳又严密的工作系统，大Ｋ不必御驾亲临，就可以把整个世界的称重系统掌握在手中。

　　“高处不胜寒。”１２６年来，大Ｋ主君的生活只是日复一日地在地下静静“宅”着，唯一的活动是每过４０年接受一次“洗澡”和“体检”。科学家会用麂皮填料钳将它从所在的位置上取出，用一块在乙醇和乙醚中浸泡过的布擦拭其表面，并用蒸汽清洗干净。

　　对工作人员来说，大Ｋ“什么变化都没有”就是它最大的作为了。

　　“国际千克原器只存在于巴黎这一个地方，这个人工制品有可能遭到破坏，产生不利的后果。”国际计量局的迈克尔·斯托克曾忧心忡忡地表示。

　　人们为大Ｋ的安全操碎了心。它藏在重重防护下恒温恒压的储藏室里，外有３层钟形玻璃罩，最外一层是半真空，以防空气和杂质进入。储藏室的钢门需要３把钥匙才能打开，钥匙分别攥在国际计量局长、国际计量委员会主席和法国外交部长手里。

　　这些大人物每年都会开启储藏室查看一下，确认大Ｋ安稳地待在原地。

　　人们的关怀备至只有一个要求———哪怕沧海变桑田，你能“磐石无转移”吗？

　　大K的改变会给精密科学研究带来大麻烦

　　这份无比美好的盼望，不过是一厢情愿罢了。

　　在大Ｋ就任质量主君１００年后，科学家们失望地发现，比起复制品的平均质量，大Ｋ的体重减少了近５０微克（μｇ）。

　　“奇怪之处在于，这些复制品的质地和它一样，许多还是在同一时间制造出来的，并在同一条件下保存，但它们的质量却慢慢有了差异。” 国际计量局物理学家理查德·戴维斯说。

　　科学家们甚至不能确定究竟是大Ｋ的质量变轻了还是复制品变重了，偏移量甚至有可能多于５０微克，因为大Ｋ和它的复制品兄弟们有可能都在变化。

　　人们猜测，虽然保存环境内的空气经过了过滤，仍无法完全隔绝污染物。多年来，慢慢吸附在圆柱体表面及内部的气体、积攒下来的微尘、使用中形成的微小磨损都会使它们的质量发生难以测查的变化。

　　２０１３年１月初，德国《计量学》杂志刊载研究报告称，作为标准质量单位的国际千克原器大Ｋ因表面遭污染而增重数十微克。

　　报告作者之一、英国纽卡斯尔大学计量学家彼得·坎普森带领研究小组借助Ｘ射线光谱学成像技术，发现大Ｋ表面附着数十微克碳基及汞污染。碳可能来源于汽车尾气，汞污染物则来自实验室内偶尔打破的水银温度计和水银气压计。

　　无论大Ｋ的质量到底是增是减，有一点是确定的，那就是“千克并不稳定”，美国国家标准与技术研究院（ＮＩＳＴ）的物理学家彼得·莫尔表示。

　　５０微克，大约是一粒沙子的十分之一，这样的变化对称体重、买菜和寄快递的人们来说，影响可以忽略不计。但对于那些从事精密科学研究和数据统计工作的人而言，１千克单位标准的改变，将会给他们的工作带来很大麻烦。 

　　这似乎也不能责怪“大Ｋ”。人们希望它“以不变应万变”，而时代早已今非昔比。

　　在它出生的年代，飞机还未被发明。中国上海的街道上还穿梭着人力车、马车和轿子。留着大辫子的光绪皇帝甚至还没有统一银币的规格，元宝型、马蹄形、条形，样式五花八门，每次交易还需要重新称量。

　　大Ｋ安然隐居在巴黎地下的百年多来，人们已经习惯了科学技术的各种时髦成就。无论多么情有可原，大Ｋ身居要职显然已经不合时宜。

　　是非功过暂不评说，１２６岁高龄的大Ｋ该退位了。

　　安培、摩尔、开尔文和千克都有望被重新定义

　　“对整个度量衡系统而言，千克就像白色夹克衫上的黑污点。”有人不客气地评论。近几十年来，国际计量大会已经先后修改了其他几个基本计量单位的定义，大大提高了它们的精确性。

　　建立在基本物理常数基础上的质量单位定义，将不随时间、空间和复现的方法而变化，是计量科学发展的方向。例如，米和秒的单位都以恒定的物理现象为依据。通过光速确定米的定义，通过铯元素的一项谱性确定时钟的刻度。只有千克依然以大Ｋ这块制作于１９世纪的金属实物为基准。

　　“在如今这个时代，这显得有些可笑。因为不仅质量测量依赖于千克原器，所有能量单位、力学单位、在任何方面与‘千克’有关联的单位都依赖于它。”国际计量局前主任泰瑞·奎恩表示。

　　科学家们再也不想为大Ｋ的安全担惊受怕，更不愿将整个世界的质量系统栓在并不靠谱的它身上。从１９９９年起，国际计量大会就开始要求各国计量科学院努力，通过实验把质量单位和基本物理常数联系起来，以便未来重新定义千克。

　　谁是大Ｋ年轻有为的继任者？

　　在上世纪９０年代早期，泰瑞·奎恩便开始四处活动，试图用自然界的恒定量定义“千克”。他本以为只需几年便能提出更好的标准，然而实际研究的道路却极其困难。

　　２０１１年，国际计量委员会正式同意从普朗克常数的角度表达千克。通过爱因斯坦的Ｅ＝ＭＣ２等式，普朗克常数将粒子的能量同其频率以及其质量关联起来。这意味着首先要利用基于现有千克参考量的试验设定普朗克数值，然后用这一数值定义千克。

　　国际计量局质量及相关量咨询委员会对此提出了包括试验方法和试验结果的重重严苛标准。科学家们要兵分两路，一路通过测量阿伏伽德罗常数来转换为普朗克常数，一路则运用瓦特天平（Ｗａｔｔ Ｂａｌａｎｃｅ）设备，每一路都还至少要有３种独立的实验方法，确保达成一致。

　　这项工作非常复杂，成本又高，美国、英国、德国、意大利、日本等地的众多实验室决定共同承担这项任务。

　　直到２０１４年年底，各国团队才实现了数据的匹配。与此同时，他们将试验结果的不确定性缩小到规定水平以内，做出了满足这些标准的结果。

　　一周前，国际计量委员会探讨了一组草案，在２０１８年国际计量大会上，安培、摩尔、开尔文和千克都有望被重新定义。

　　至于大Ｋ的命运，“我们会保留着它。”国际计量局质量工作组前负责人理查德·戴维斯说，“只是它不会再定义任何事情。”

　　以物理常数来重新定义，不在于让千克变得精确，但是会大大增强它的稳定性。也就是说，对我们普通人来说，大Ｋ的卸任并不能帮我们变“轻”，只是让我们胖得更加准确和稳定。

　　还是网友看得清：“大家在乎体重，说白了不是在乎数字本身的多少，即使重新定义了质量，也无法改变你就是坨肉球的事实。”据《中国青年报》