时间：2022-10-24 06:00:55
在法国塞夫勒国际计量局里，每年都会有三个人分别拿着一把钥匙来到储藏室，共同打开一个三层锁的保险箱，共同看一眼一个储存在三层玻璃罩里的光亮圆柱体。
他们看的圆柱体到底是什么宝贝？看一眼都如此谨慎小心？
质量砝码不准了
原来，这圆柱体虽不是多么神秘的物件，但却是全球共同呵护的珍贵物体。它就是全世界人称量质量时需要的衡量标准——被认为最标准的1千克的砝码，叫做“千克原器”。世界各国的千克砝码都要与它比对，确认与它的质量一致，才会被认为质量是准确的，才能用于在各地称量质量。
但即使这般小心地呵护千克原器，它还是出现了问题。
情况是这样的。1千克被定义为1000毫升纯水在4℃时的质量，但水是流动的，精确称量1000毫升纯水，非常麻烦。于是为了方便，在100多年前，人们按照定义，用耐腐蚀的铂铱合金制造了千克原器，还制造了40多个同千克原器一模一样的复制品，都是铂铱合金制成，都是直径和高度为39毫米的圆柱体，都储藏在三层玻璃罩中，然后放入保险箱。只是千克原器储藏在国际计量局里，其他复制品储藏在其他各国的相关地方，用于各国计量质量用。每隔50年，工作人员就要把千克原器取出来，与复制品进行比对，看看是否出现了什么偏差。
令人头疼的是，每次比对，复制品普遍比千克原器质量增大一点，有的增大得多一些，有的增大得少一些，只有一两个出现质量减少的情况。最近的一次比对，复制品们平均起来的质量比千克原器大了50微克。
这真让人难以理解，同样的材质，同样的储藏环境，为什么会有这样的偏差？到底是千克原器变轻了，还是复制品变重了？
科学家的分析是，既然铂铱合金不会被腐蚀，那质量就不会减少，很可能合金吸收了很多空气分子，导致自己质量增大了，也就是说，很可能这些砝码都变重了，只是千克原器变化小一些。如果真是这样，那可就麻烦了，这100多年里，我们使用的质量砝码到底增重了多少？没有人矫正过。
该把千克托付给谁？
看来，我们用保存千克原器这种形式来保护质量计量的标准，很不可靠。虽然50微克对于我们的生活来说几乎可以忽略不计，但对于某些需要精准称量的行业却是不小的偏差，甚至会导致错误的结论。而且质量还是一个牵一发而动全局的问题，千克原器不准不仅仅影响质量测量，与质量相互关联的很多物理量都会因此而变得不准。
例如，力的单位是牛顿，1牛顿被定义为：让1千克的物体获得1米/秒2的加速度的力，因此力的单位就会受到质量的影响；能量的单位焦耳又是根据力来定义的，因此能量的单位也会间接受质量的影响。这样牵连下去，如果质量的单位不准，电流、磁场、压强等很多物理量都会受影响。
之前，人们曾用米原器来作为长度称量的标准，米原器同样存在千克原器那样的问题，会随着时间而增长或缩短。后来换成了以光速为标准，那就是1米等于光在真空中299792458分之1秒的时间里所走的距离，真空中的光速被认为是不变的常数，以常数作为1米的标准，那么1米的长度就不会变化了，用激光当尺子不仅方便，而且精确度比米原器提高了千万倍！
时间的称量也有了更精准稳定的称量标准，那就是以铯原子的振动频率为标准，1秒等于铯原子振动9192631770次所用的时间。每一种原子都有自己特有的振动频率，因此铯原子的振动频率也可以认为是一个常数，铯原子钟可以做到走时1500万年都不差1秒。
如果能为质量找一个可以依托的常数作为标准，科学家就再也不用担心1千克会发生变化了。
普朗克常数可以吗
我们不禁要问，什么常数与质量有关呢？
上面已经说过，质量测量得不准，电流的测量也会受影响，电流的测量又与普朗克常数有关，如果我们把质量与电流的关系找出来，不就可以把质量与普朗克常数联系起来了吗？这样，千克不就找到了它可以依托的常数了吗？
那么质量可以与电流扯上什么关系呢？科学家设计出一种电磁天平。其中称量物体质量的托盘连接着圆环线圈，圆环线圈环绕着圆柱形超导磁体。称量质量时，被称物体放入托盘，托盘就会受到向下的力，有向下运动的趋势。为了让托盘保持不动，就需要有一个向上的力来抵消物体的重力。
这时，只需要给线圈通入合适的电流，根据安培定律，磁体就会对线圈产生向上的电磁力，线圈又与托盘相连，因此可以抵消物体的重力。线圈受到磁体的电磁力大小与线圈的长度、磁场强度和电流大小有关，其中，磁场大小和线圈长短是固定的，因此这个电磁力大小就与通入的电流大小成正比了。经过这样一番变换，就可以把物体质量大小与电流大小联系起来了，物体的质量越大，需要通入的电流就越大。
质量与电流的这个关系找到了，质量与普朗克常数之间的关系就找到了。但是普朗克常数目前还不够精确，需要把它测准了，它才能担当起标准千克砝码的重任。目前测量普朗克常数，科学家也是用上面的电磁天平，因为质量与普朗克常数和电流有关，如果质量已知，例如用标准的1千克，电流又已知，可以精确测出来，那么普朗克常数就可以算出来了，结果更准确。
普朗克常数测准了，就可以用普朗克常数来表示1千克了。
阿伏加德罗常数可以吗
除了普朗克常数之外，物体的质量还可以有其他的表示方法，比如，它与物质含有的原子个数（化学上叫物质的量）有关。
计算物质的量，需要用到一个常数，化学上叫“阿伏加德罗常数”，它表示的是12克碳-12所含有的原子个数。如果把千克与这个常数联系起来，这个常数也可以成为千克可以依托的常数。
千克与这个常数之间的关系似乎很好找，1千克可以这样描述：1000?12乘以阿伏加德罗常数个碳-12原子所具有的质量，就得到了1千克。
但是，阿伏加德罗常数目前还是个估测值，约是6.022×1023，也就是说，12克碳-12到底是多少个，科学家没有精确数过。其实较精确地数出原子个数，科学家还是有办法的，用X射线干涉仪测量原子之间的距离，就可以根据体积算出原子个数。
但是现实中，碳-12与其他同位素例如碳-14等是混合着的，把它们分开非常难。因此以碳-12作为标准，难度很大。现在半导体行业很发达，硅的提纯很容易，于是科学家想到了用硅-28作为称量标准，那么1千克就表示为：1000?28乘以阿伏加德罗常数个硅-28原子所具有的质量。
下面就是如何把阿伏加德罗常数测准的问题了，为了测量阿伏加德罗常数，科学家把硅提纯到99.995%，把硅抛光成一个世界上最圆的球，然后用X射线干涉仪算出硅圆球含有多少个硅原子，再用标准质量测出硅圆球的准确质量。这样，质量已知了，原子个数已知了，求阿伏加德罗常数，通过上述关系，计算就可以了。要想测得更准，就需要用标准质量，并且把原子个数测得更准，得出的阿伏加德罗常数就会更准。
测准阿伏加德罗常数后，质量的标准就再也不需要那个倍受呵护的千克原器了。
千克标准到底在哪里
这些方法都很好，但是现实中真正去测的时候，还是困难重重。例如普朗克常数的测量牵扯到电磁天平是否够灵敏的问题，天平不够灵敏，测出的常数也就不够准确，就不配用于作为千克标准。阿伏加德罗常数的测量也存在硅圆球是否是真正的圆球，它的表面还容易被氧化等问题。因此目前测出的阿伏加德罗常数也有很大的误差。
如何测准这些常数呢？或者是否在其他常数中，为千克找个可依托的常数？科学家还在努力中。千克标准的寻找确实困难重重，但科学家总是办法多多，一计不行可以再生一计，最终，他们一定会给我们提供准确而且万年不变的千克质量标准。