2011 年，第 24 屆國際計量大會的 55 名與會代表一致同意，開啟重新定義千克的工作，采用普朗克常數來作為基準。7 年后，在第 26 屆國際計量大會正式投票決定，改變千克（kg）、安培（A）、開爾文（K）和摩爾（mol）這4個基本單位的定義，新定義將全部采用基本物理常數來定義，分別以普朗克常數（h）、基本電荷（e）、玻爾茲曼常數（k）和阿伏伽德羅常數（NA）的固定數值來實現。

歷經 8 年的討論與修訂，如今，這四個單位的定義正式改變了。

在第 20 個國際計量日，主題為“國際單位制（SI）—— 根本性飛躍（Fundamentally better）”。千克、安倍、開爾文和摩爾的新定義將從此開始生效，這是 SI 自從 1960 年以來最大的一次調整。

計量學家們所追求的“圣杯”，就是一套適用于“萬世萬民”的計量體系。經過這次修訂，我們離這個目標又近了一步：各種基本單位的定義不再受限于任何實體，而取決于事物的基本性質和人類技術的測量能力。

mol是物質的量的單位。摩爾（mole），簡稱摩，舊稱克分子、克原子，符號為mol，是國際單位制7個基本單位之一。每1摩爾任何物質含有阿伏加德羅常量個微粒。使用摩爾時基本微粒應予指明，可以是原子、分子、離子及其他微觀粒子，。

本次更新后 SI 中七個基本單位的關系，以及決定它們的七個基本常數。| 圖片來源：Wikipedia

千克

mole是摩爾，簡稱摩，舊稱克分子、克原子，符號為mol，是物質的量的單位，是國際單位制7個基本單位之一。物質的量是表示含有一定數目粒子集合體的物理量，用符號n表示。“物質的量”四個字是一個整體概念，為專用名詞，不。

從“大K”到普朗克常數

這一次更新的定義中，最受關注的就是千克的重新定義，它曾經是最后一個依賴于物理實體的測量單位。

1 千克曾經被定義為國際千克原器“大K”的質量。“大K”是一個鉑-銥合金圓柱體，被保存在位于巴黎的國際度量衡局（BIPM）總部。盡管受到嚴密的保護，“大K”的質量一直在神秘丟失，而千克定義的改變也將波及其他相關定義，甚至一些基本物理常數的值。這些因素都讓修改千克定義變得越發迫切。

在法國科學工業城（Cité des Sciences et de l'Industrie）展出的大 K 復制品。| 圖片來源：Wikipedia

新的千克定義以普朗克常數為基準。普朗克常數反映了一個光子攜帶的能量與頻率之間的關系，光子能量等于頻率與普朗克常數的乘積。所以，普朗克常數反映了量子物理中“一份”能量的大小，它決定著量子效應，并在所有尺度、所有環境中對所有的粒子施加同樣的影響，這讓它成為一個理想的測量標準。

由于普朗克常數的數值極小，測算工作也十分困難。1975 年，英國物理學家布萊恩·基布爾（Bryan Kibble）發明了基布爾秤，將電磁相互作用和引力、宏觀尺度與微觀尺度巧妙地聯系起來，讓普朗克常數的精確測算成為可能。又經過了近半個世紀的研究，普朗克常數才被確定。與埃菲爾鐵塔同歲的“大K”也可以退休了。

根據新定義：

1 kg = ( h / 6.62607015×10?34) m?2s

代入米和秒的新定義，換算后得到：

圖片來源：Draft of the ninth SI Brochure，6 February 2019，BIPM

摩爾

新定義你沒準已經學過了

摩爾這個單位有些特殊，它的定義更改確實是最近的事情，但是你很可能早就開始使用它的新定義了——1 摩爾物質中含有的基本粒子數量為 6.022 140 76 × 1023，這個數值就是阿伏伽德羅常數的值。

在官方文件中，自從 1971 年起，1 摩爾被定義為“所含基本微粒個數與 0.012 千克碳 12 的原子數相等的系統中物質的量”。這個舊定義直接取決于千克的定義。

摩爾定義的演變簡直就像阿伏伽德羅本人命運的重演：在提出理念與得到承認之間差了許多年。阿米迪奧·阿伏伽德羅（Amedeo Avogadro，1776–1856）最初是一名律師，卻對化學有著強烈的興趣。當時學界對原子、分子的概念還不太了解，然而阿伏伽德羅最先意識到，在溫度和壓強相同的情況下，體積相同的氣體中含有同樣數目的粒子。

科學界花了半個世紀才跟上阿伏伽德羅的腳步，在 1900 年確定了“物質的量”這個概念，其單位“摩爾”（mole）來自于德語中“分子”（Molekül）一詞的縮寫。又過了一個多世紀，科學家才確定了阿伏伽德羅常數的值。這項工作由國際阿伏伽德羅協作組織（International Avogadro Coordination）的科學家們完成，他們借助 X 光計算一個重 1 千克的高純度硅球中硅 28 原子的數量。當千克的定義被重新確立后，阿伏伽德羅常數的值也就得以確定下來。

用來計算阿伏伽德羅常數的高純度硅球差不多是這樣子。它經歷過多次同位素分離，去除天然硅中的硅 29 和硅 30，使硅 28 的純度最終達到 99.995%。圖片來源：NIST

安培

告別“理想實驗”

安培（A）的舊定義確立于 1946 年，它依賴一個理想實驗：兩根無限長、忽略橫截面積的導線在真空中相距 1 米平行放置，使真空磁導率（vacuum magnetic permeability，記作μ0）為 4π × 10?7N A?2時（其中 N 為力的單位牛頓），導線中的電流為 1 安培。這樣的定義為實驗室中的精確測量造成了困難。

新的提案使用基本電荷常數 e對安培進行定義。當導線中每秒通過的電子數量為 1/(1.602 176 634 × 10?19) 的時候，mole是什么意思啊了，導線中的電流為 1 安培。，

開爾文

遇見玻爾茲曼

開爾文是熱力學溫度的單位，它的舊定義確立于 1967 年，指“水的三相點溫度的 1/273.16”。在三相點溫度和特定的壓強下，水的氣、固、液三態可以共存。

根據最新測算結果，玻爾茲曼常數為：

n.【動】鼴鼠, 田鼠, 鼴鼠皮 地下工作者; 在黑暗中工作的人 黑痣 防波堤; 堤道; 人工港 【醫】胎塊 【化】克分子(量), 克模, 衡分子 塑孔, 暗溝 塑孔器; 隧道全斷面掘進機 。

k= 1.380 649 × 10?23kg m2s?2K?1

摩爾 摩爾之一 摩爾是表示物質的量的單位，每摩物質含有阿伏加德羅常數個微粒。摩爾簡稱摩，符號為mol。摩爾之二 根據科學實驗的精確測定，知道12g相對原子質量為12的碳中含有的碳原子數約6.02×1023。科學上把含有6.

而開爾文的定義為：

經過換算得到：

圖片來源：Draft of the ninth SI Brochure，6 February 2019，BIPM

玻爾茲曼常數將氣體分子的平均動能與其絕對溫度聯系起來。根據新定義，當系統熱能的改變為 1.380 649 × 10?23J 的時候，溫度的變化為 1 開爾文。

摩爾（mole），簡稱摩，舊稱克分子、克原子，符號為mol，是物質的量的單位，是國際單位制7個基本單位之一。每1摩爾任何物質（微觀物質，如分子、原子等）含有阿伏加德羅常量（約6.02×1023）個微粒。使用摩爾。

重新定義開爾文有利于提高在極端低溫或極端高溫下的測量精度。水的三相點溫度的數值也將被實驗重新測量，得到更加精確的結果。

“萬世萬民”的測量

在這次修訂之前，米、秒和坎德拉就已經使用物理常數定義了。來復習一下：

mol是物質的量的單位。摩爾（mole），簡稱摩，舊稱克分子、克原子，符號為mol，是國際單位制7個基本單位之一。每1摩爾任何物質含有阿伏加德羅常量個微粒。使用摩爾時基本微粒應予指明，可以是原子、分子、離子及其他微觀粒子，。

銫 133 原子基態的兩個超精細能級間躍遷對應輻射的 9 192 631 770 個周期的持續時間為 1 秒；

真空中的光在 1/299 792 458 秒內所傳播的距離為 1 米；

坎德拉（candela）是發光強度單位，這個詞來自于拉丁語的“蠟燭”，它最初的定義就是一支普通蠟燭發出的光亮。坎德拉將人眼對光線的感知和光的物理特性聯系在一起。盡管它的定義中使用了時間單位秒和能量單位瓦特（由千克、米和秒導出），它仍然是一個基本計量單位。

本文來自微信公眾號“科研圈”，原標題：今天，“千克”的新定義正式生效！安培、摩爾、開爾文的定義同樣改變了。如需轉載，請在“科研圈”后臺回復“轉載”，或通過公眾號菜單與他們取得聯系。

1. Draft of the ninth SI Brochure，6 February 2019，BIPM

2. 用普朗克常數定義千克，撰文 蒂姆·福爾杰（Tim Folgier），翻譯 龐瑋，《環球科學》2017 年 3 月號

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