公斤、安培、克耳文、莫耳均重新定義,自法國大革命以來最偉大的度量衡革命

昨天,除了是總統就職第三年以外,也是新度量衡制實施的一天,在法國凡爾賽舉行的第26屆國際度量衡大會上,由該組織60個成員國進行歷史性投票,通過將國際單位制(International System of Units)中的四個基本單位,即公斤、安培、克耳文、莫耳,重新以自然界的基礎常數定義,且在2019年的5月20日生效。

上圖為國際公斤原器的電腦圖像,國際公斤原器不再是1公斤。旁邊是一把以英寸為單位的間尺。

在18世紀以前,全世界並沒有一套通用的統一單位,直至1795年,法國大革命爆發後的第六年,由法國率先以律法的基礎定義了公制,並且在1799年製作了鉑金公尺及鉑銥公斤原器。1869年,拿破崙三世為宣傳國內的公制,批准成立國際科學委員會,用以促進貿易、並比對國家間的度量衡,由此誕生了第一個國際公尺原器,當時一公尺的定義是地球赤道到北極點距離的1千萬分之一,此後國際公尺原器沿用至1960年,才改成了以氪原子在真空中的能階躍遷波長定義公尺,接著在1983年,國際度量衡大會因氪原子不易取得而改用了光速定義公尺,最終以光在「真空」中行進299,792,458分之一秒的距離定為「一公尺」,這也是SI基本單位的定義首次以一個物理常數為基礎。
 
往後漸漸地所有的SI基本單位都以物理常數來定義,並逐項修改及逐項生效,唯有公斤原器仍然存在,直到2011年,巴黎的原始國際公斤原器(一般以大寫K表示)的重量竟然在檢查及清潔時發現又減少了大約50微克(5×10-8公斤),而且這已經發生很多次了,為了保證質量的定義不能隨時間或其它因素更動,故在該年的國際度量衡大會以全體在場55位代表一致贊成的票數,同意利用物理常數重新定義公斤,於是在2014年以瓦特秤(後因發明者在2016年去世改名為基布爾秤)實驗量測精準的普朗克常數,並在2016年決議將普朗克常數定為6.62607015 × 10-34 m2 kg / s,並以此來定義公斤,經過四個以上的可信機構提交準確數據,且精確度必須精於5×10-8公斤,據此,新的公斤定義改變了,2018年11月16日,七個基本單位的定義都與物理常數聯結並廢除1990年的公約,其餘的導出單位如牛頓、焦耳、帕斯卡…等,與公斤相關的也全部更新,並於今日實施。

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