5月20日，囊括公斤在内的四个根本单元：公斤、安培、开尔文和摩尔，正式应用物理常数界说。人类根本单元体系以后齐备挣脱什物基准，周全迈向量子化。——那末，“新公斤”是何如来的呢？
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不管你是站在澡堂的体重秤上，照旧在菜墟市买东西，咱们都邑碰到公斤（kg）这个原料单元。一公斤到底有多大呢？或者你会说是克、2.磅或是0.斯勒格。但题目是，咱们要怎样界说这些量？以及又该怎样肯定不同国度应用的公斤都是类似的呢？
自年起，国际度量衡大会（GCWM）的成员国便一致许可应用大K（LeGrandK）来界说公斤。大K是国际公斤原器（IPK），是一个铂-铱合金圆柱体。它被密封在三个嵌套的玻璃钟形罩内，积聚在法国赛弗尔的国际度量衡局（BIPM）内的一个金库中。
○国际公斤原器。
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只管大K被寄放在一个高度受控的处境中，它的分量照旧会产生特别褊狭的变动。为懂得决这个题目，天地各地的科学家花了数十年的时候来议论怎样根据当然、普适的常数来界说公斤。此刻，他们终究做出了决议。
○大K的复成品之一——K92。每隔约莫40年，科学家就会将大K和复成品实行比对。
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11月16日，在第26届国际度量衡大会中，60个成员国代表投票经过了对公斤的从新界说：
一公斤即是普朗克常数乘以6.×10+34m-2s
普朗克常数（用字母“h”提醒）是一个被编写在天地构造中的根本常数，不管在天地中的任何地方，它的值都不会变动。从太阳能所依赖的光电效应，到玻尔的原子模子，再到海森堡谬误定性道理，咱们都能看到普朗克常数的身影。
原料、普朗克与爱因斯坦
年，马克斯·普朗克正为他对于热力学第二定律的论文实行问难。同庚，阿尔伯特·爱因斯坦诞生。这两位宏大的物理学家或者不会料到他们的处事，将为21世纪对公斤的界说奠基根本。
年，普朗克在试图处置19世纪物理学中一个搅扰着很多物理学家的题目时，提议了“量子”的观点。那时的一个主宰理论猜测说，某些物体在高频波段（也即是短波长，濒临光谱的紫外部份）发射电磁辐射时，会辐射出无尽的能量，这类情景被称为“紫外倒霉”。普朗克假如，具备特定频次的电磁能量只也许分割的数量（也即是“量子”）发射，其能量与此刻被称为普朗克常数的h成正比。
○典范理论猜测的结局（黑线），与从普朗克公式推导出的结局（蓝、绿、红线）比拟，普朗克公式与物理衡量结局相一致。
那末，生涯中一升水的的原料与量子力学进展早期提议的常数之间到底有甚么联络？物理学家觉察，它们之间的深层联络就埋没在物理学中最知名的两个公式中。
个中一个公式即是知名的爱因斯坦质能方程：E=mc2，个中E是能量、m是原料、c是光速。另一个公式对比不为人知，倒是当代科学的根本，那即是E=hν，个中E是能量、希腊字母ν是频次，h是普朗克常数。这是汗青上第一个“量子”公式。
爱因斯坦质能方程揭破了原料也许用能量来懂得，以至量化。而普朗克方程讲明，能量也许用物体（如光子）的频次ν乘以h的倍数来谋划，况且必需是整数倍，如1、2、3。整数使得这个方程“量子化”，也即是说物资因而分割的块（被称为量子）释放能量的，也许设想为一包一包的能量，或一束一束的能量。
将这两个方程连合起来，就获患有一个违背直观却特别有价格的看法：原料——只管是在通常物体的法式上——实质上与h联络。普朗克常数的单元是焦耳·秒（J·s）。一个焦耳即是一公斤乘以米的平方除以秒的平方(kg·m2/s2)。显然，从单元中咱们看到了它们之间的关连。
○年，五位诺贝尔得主齐聚一堂，左二和中央两位离别是爱因斯坦和普朗克。
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基布尔秤
几十年来，物理学家早就领会公斤也许用普朗克常数来界说。然则，科学家必需进展出也许以充满高的正确度来衡量普朗克常数的试验，才有或者使全天地去承受一个崭新的界说。年，来自NIST、NPL和BIPM的五名科学家发布了一篇具备历程碑意义的论文：《从新界说公斤：一个时期曾经到来的界说》。
○NIST-4基布尔秤。
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论文中提到的衡量普朗克常数的关键技巧之一是瓦特秤（Wattbalance），由NPL的BryanKibble于年是初度提议。年，为庆贺BryanKibble的做古，瓦特秤被从新定名为基布尔秤（Kibblebalance）。
在普遍的天平秤中，在秤的一端放上待称量的物体，在另一端慢慢加砝码，直到砝码的原料（重力）即是待称量物体的原料（重力），秤就会维持均衡。基布尔秤与此不同的是，只管要均衡的一端照旧是物体的重力，另一端倒是通电线圈与磁场互相影响孕育的电磁力。
○基布尔秤的简朴示妄念。
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基布尔秤也许在两种不同情势下运转：
1.称量情势（Weighingmode）
将待称量物体放在线圈上方的秤盘中，孕育向下的重力（mg）。尔后，在基布尔秤的称量情势，让电流经过线圈，直到电流和磁体互相影响孕育的进取的力恰巧均衡向下的重力，系统抵达均衡，纪录此时的电流。这个力的谋划特别简朴，即是19世纪人们曾经领会的安培定律：F=IBL（I是电流，B是磁感触强度，L是线圈长度）。但题目是要正确的衡量BL反常坚苦，而这须要下一步“速率情势”的进一步衡量。
2.速率情势（Velocitymode）
速率情势应用的也是一条19世纪就觉察的定律——法拉第电磁感触定律。在基布尔秤中，掏出待称量物体，关掉经过线圈的电流，让联络激光保证线圈以恒定的速率在领域磁场中活动，此时会孕育感触电动势V，并与线圈速率v成正比，即V=vBL。这边的BL与称量情势的齐备类似。
尔后，连合mg=IBL和V=νBL这两个公式，咱们觉察，公式双方的BL互相对消了，终究得到IV=mgν（也即是电功率和板滞功率的均衡，它们的单元都是瓦特）。于是，原料也许经过m=IV/gν谋划。
○基布尔秤的基根源理，该仪器也许被用来正确地衡量原料。
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但是，这所有与普朗克常数有甚么关连呢？普朗克常数与电压和电流又有何联络？这面前原本跟两个物理常数——约瑟夫森常数（KJ=2e/h）和冯·克利青常数（RK=h/e2）联络，这两项处事都获患有诺贝尔奖。
年，约瑟夫森（BrianJosephson）提议了与电压衡量联络的约瑟夫森效应。当施加在超导结上的电压孕育频次与电压成正比的换取电时，就会孕育换取约瑟夫森效应。频次的衡量也许比其余任何量都要正确。于是，KJ供应了一种衡量电压的正确法子。
电流的衡量则是经过衡量线圈的电阻，而这与冯·克利青常数RK联络。RK描画的是，在某些表率的物理系统中，电阻以分割的量子化的情势存在，而非络续的数值。RK具备极高的精度，于是活着界各地被用做电阻的准则。
这两个常数都与普朗克常数联络。这样，普朗克常数就也许经过电流和电压与原料联络起来了。要是正确领会物体的原料，就也许衡量h的数值；反过来，要是领会h确实切数值，也就也许衡量物体的原料。尔后者，恰是这回从新界说原料所根据的道理。
○在NIST的一路白板上写着基布尔秤的基根源理。
图片根源：NISST
然则，在承受这个新界说以前，也有一些请求。最少见三个试验必需孕育相对准则谬误定度不超越十亿分之五十的衡量，况且个中最少见一个衡量的谬误定度不超越十亿分之二十。全部这些数值必需在95%的统计相信程度内一致。
NIST终究提交的从新界说国际单元制的h的衡量结局的谬误定度为十亿分之十三。另一项来自加拿大国度协商委员会（NRC）的基布尔秤的衡量数据，其谬误定度仅为十亿分之9.1。囊括法国国度计量试验室（LNE）在内的其余两项基布尔秤衡量也都抵达了请求的正确度。
最圆的球体
除了基布尔秤外，那篇论文中还提议了另一种谋划普朗克常数的法子——用硅原子的原料来界说公斤，法子是谋划1公斤的超纯硅-28（硅的最丰盛的同位素，全部包罗28个质子和中子）球体中的原子数量。而这面前与另一个咱们熟知的常数联络，即阿伏伽德罗常数（NA）。
○阿伏伽德罗常数（NA）与普朗克常数（h）之间的联络。
在暂时的国际单元制中，阿伏伽德罗常数被界说为12克碳12所包罗的原子数量，其数值约莫为6.xmol-1。经过已知的方程，咱们就也许经过阿伏伽德罗常数谋划出普朗克常数。坚苦的是，怎样正确肯定阿伏伽德罗常数的数值？
为了最小化谬误定性，科学家将1公斤平匀的硅-28晶体系做成一个近乎完好的球体，完好到要是让这个“硅球”膨胀到地球那末大，那末硅球表面上“最高的山岳”和“最深的海洋”也不过3-5米的差别。另一方面，这块硅-28晶体球的纯度高达99.%，这类高纯度保证了全部原子具备一样的原料，于是也许简化谋划。
○纯硅-28原子的阿伏伽德罗球。经过衡量球的体积和单个硅-28原子的体积，科学家也许衡量球体中单个原子的原料，供应了一种谋划阿伏伽德罗常数的法子，从而被也许用来谋划普朗克常数。
图片根源：BIPM
光学干与衡量术使得对球体直径的衡量也许正确到纳米量级；而X射线晶体学则也许供应了硅晶体构造的图象。根据这些，就也许正确确实定阿伏伽德罗常数的数值。对“硅球”的四项衡量也合乎国际请求。
基布尔秤和阿伏伽德罗常数这两种法子孕育互补，终究肯定了普朗克常数的值为：6.×10-34m-2s，谬误定度惟有十亿分之十。
只管对公斤的从新界说不太或者会变动你的通常生涯，但界说一个更正确的计量系统终究孕育的效应不断是深切的。
举个例子。自年以来，1秒就被界说为铯-原子基态的两个超细密能级间跃迁对应辐射的个周期的连接时候。没有这类精度，当日的GPS技巧就不成能完结。每颗GPS卫星都带领一个原子钟，根据爱因斯坦的相对论，高速绕地球运转的卫星上的原子钟的时候流失，会比大地上的时钟慢一点点。要是没有新的界说，咱们就没法对这些褊狭的差别实行改正。那末GPS定位也将成为科幻。
单元秒和GPS之间的关连揭破了计量学和科学的根本交叉：不休提升的协商须要并答应新的衡量准则，而这些新的衡量准则反过来又使更先进的协商成为或者。这回被从新界说的根本单元尚有安培、开尔文和摩尔。
参考根源：