成為宇宙笑柄的定義，地球上的1 公斤是多少？ - 科技新報

隨著時間過去，科學家需要更多物理量的基本單位定義，除了質量（公斤，kg）和長度（公尺，m）之外，又陸續加上了時間（秒，sec）、電流（安培，A）、 ... 你知道1公斤是怎麼定義的嗎？不知道也沒關係，因為這個定義可能很快就要改變了。

想統一度量衡的路易十六 18世紀末，法王路易十六希望能統一度量衡，他要求科學家找出一種能讓所有人、任何時間都能量出1公斤和1公尺的方法。

當時科學家的建議是，1公斤就是1公升冰點溫度的水重（註：水的冰點溫度在1大氣壓下為攝氏0度），而1公尺就是從北極到赤道長度的一千萬分之一。

再加5種組成國際單位制 隨著時間過去，科學家需要更多物理量的基本單位定義，除了質量（公斤，kg）和長度（公尺，m）之外，又陸續加上了時間（秒，sec）、電流（安培，A）、溫度（克耳文，K）、物質的量（莫耳，mol）和發光強度（燭光，cd），組成了「國際單位制」（SystèmeInternationald’Unités，SI制）。

用水測質量不準 然而，最一開始制定出來的國際單位制並不完美。

以1公斤為例，當時科學家的定義是冰點溫度1公升的純水重量，但他們很快地就發現這樣定義1公斤會出現問題：1799年，當科學家重新比對4年前測得的1公斤重物體時發現，明明是一樣的東西，4年後再拿來和冰點溫度1公升的純水比較，重量居然變成原本的99.92072%。

真空狀態測才準 這是因為大氣壓力會影響到秤重時的準確度，如果要避開大氣壓力的影響，就必須要在真空環境下測量。

▲國際公斤原器的電腦合成影像，旁邊是一把刻度單位為英吋的尺。

目前國際公斤原器存放於法國國際度量衡局，只有和它一樣重的東西才算1公斤重。

（Source：en:User:GregL[GFDLorCC-BY-SA-3.0],viaWikimediaCommons） 鉑銥合金「國際公斤原器」 1889年，科學家終於找到解決辦法──他們用鉑銥合金製作一個金屬圓筒，並用一個3層的密封玻璃罩子封住，確保這個鉑銥金屬圓筒不會氧化，並放在法國塞夫爾（Sèvres）的國際度量衡局（BIPM）。

它就是「國際公斤原器」（InternationalPrototypeoftheKilogram，IPK），凡和它一樣重的物體就視為1公斤重。

複製品也要定期比對 除了放在國際度量衡局的國際公斤原器，國際公斤原器還有數十個複製品，但每一個複製品約隔40年左右，就要回到國際度量衡局和真正的國際公斤原器比對一下，確定這些複製品的重量真的是1公斤重。

國際公斤原器照顧不易 要照顧國際公斤原器並不是件容易的事，清理時必須使用沾有乙醇和乙醚的麂皮擦拭，再使用經過2次蒸餾的水用蒸氣清洗，這只有手上握有國際公斤原器金庫3把鑰匙的工作人員才能辦到。

▲2007年9月，國際度量衡局的物理學家戴維斯（RichardDavis）和一個118年的國際公斤原器複製品合影。

（Source：達志影像） 細心呵護 還是變輕 然而，即使國際度量衡局的工作人員這129年來細心呵護世上獨一無二的國際公斤原器，還是有可能在拿進拿出稱重時、工作人員清洗時不小心變輕了一點。

之前就一直有人注意到，國際公斤原器的重量好像比複製品輕一點，但這也有可能是複製品接觸到空氣氧化變重了。

這個標準其實不好 其實科學家自己知道，用國際公斤原器定義1公斤到底多重並不是好方法。

如果要定義一個基本物理量單位，最好要找一個不會因時間、地點有所改變的定義方式。

一塊金屬 成為全宇宙的笑話 美國國家標準暨技術研究院（NIST）物理學家史蘭明格（StephanSchlamminger）說：「如果外星人來到地球，我們除了物理還能聊什麼？如果我們要聊物理，就必須要有共同單位，如果說我們的質量單位是一塊放在巴黎的金屬，那我們會被全宇宙笑。

」 ▲1889年國際度量衡局改良過第一代國際公尺原器的設計，製作的X形鉑銥合金棒，它在1889~1960年當作1公尺長度標準。

（Source：UnknownUnknownauthor[Publicdomain],viaWikimediaCommons） 長度和時間單位都曾改過 事實上，國際單位制的7個基本單位，只剩下1公斤的定義到現在還採用和某個東西比較的方式。

舉例來說，18世紀末1公尺定義為北極到赤道距離的一千萬分之一，歷經了「國際公尺原器」時代之後，1983年已改成光在299,792,458分之1秒行進的距離是1公尺。

曾經定義為平均一天長度的8萬6,400分之一的1秒鐘，也因為每天時間長度變化太大很難測量，已在1967年改為銫原子震動9,192,631,770次的時間為1秒鐘。

▲美國國家標準與技術研究院（NIST）編號為NIST-4的基布爾秤，它能利用普朗克常數、電流和電壓值精準測出1公斤。

（Source：J.L.Lee/NIST） 用電磁力測質量 不過這種以國際公斤原器定義1公斤的方式，不久之後可能成為過去式。

11月16日，每4年召開一次的國際度量衡大會（GeneralConferenceonWeightsandMeasures）投票決定是否要更改國際單位制的定義。

如果順利通過，從明年5月起，只要利用「基布爾秤」（Kibblebalance，又稱「瓦特秤」wattbalance）利用普朗克常數（Planckconstant）、電流和電壓值，就能用電磁力精準測出1公斤的物體質量。

對一般大眾沒有影響 英國國家物理實驗室的物理學家羅賓森（IanRobinson）指出，不管最終投票結果為何，新的質量定義方式準確度提高對科學家來說是件好事，但對於一般消費者上街買麵粉或香蕉，「絕對不會有任何改變」。

Scientiststoswapdustyoldkilogramforsomethingmorestable Abriefhistoryofthekilogram,andwhyscientistsarereadytoreviseit Inthebalance:scientistsvoteonfirstchangetokilograminacentury Thefutureofthekilo:aweightymatter SIgetsamakeover （本文由地球圖輯隊授權轉載；首圖為2014年4月，剛果南基伍省South-Kivuprovince一名小販在秤金塊，來源：達志影像） 延伸閱讀： 工研院引入最新矽晶球法，飄忽不定的質量單位「公斤」終能精準量測 公斤重定義恐衝擊半導體，經濟部爭取5.1億元因應 科技新知，時時更新 科技新報粉絲團 訂閱免費電子報 關鍵字:公斤,國際公斤原器,國際單位制,國際度量衡大會,度量衡,物理,質量 Postnavigation ←LINEPay再燃行動支付戰火，逾40家業者競逐爭霸 復古主機PlayStationClassic採用開源模擬器運行老遊戲，Sony並未從頭打造平台→ 我們偵測 到您有啟用 ADBlock 請您暫停使用ADBlock，以支持我們持續能提供更多新聞資訊與優質的閱讀環境。

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