• 百年历史公斤单位重新定义!普朗克常数将取代铂铱公斤原器

2020-07-25

百年历史公斤单位重新定义!普朗克常数将取代铂铱公斤原器

原先用来定义公斤的标準「铂铱公斤原器」是由 90% 的铂及 10% 铱组成,有不易膨胀与氧化的特性。IPK 一直放在真空封存的三层玻璃罩内并存放在法国赛尔夫国际度量衡局将改成新的定义方式「普朗克常数」作为「1 公斤」的标準取代这项物理人工製品。

新的「公斤」如何定义

新的质量单位将以基于「普朗克常数」的瓦特天秤来测量,目前世界上仅有两个实验室设法打造出 Kibble 天枰,一个由加拿大国家研究委员会管理,另一个则由美国国家标準与技术研究营运。 Kibble 天枰的平衡非常精準,科学家就连在测量时密闭空间的局部重力场都得测量,同时必须保存在密封的真空中。

从此以后两大基本度量质量和长度,将来自物理学的两大基本理论:量子力学和狭义相对论。前者给了我们普朗克常数, 将在未来定义新的质量,而后者给了我们光速,已用来定义了长度。

除了质量单位「公斤」,包含温度单位「克耳文」、电流单位「安培」与物质量单位「莫耳」,分别改由物理常数中的普朗克常数、波兹曼常数、基本电荷与亚佛加厥常数定义,并预计明年五月正式实施。

用常数取代物理製品对科学家来说能达到无懈可击之度量精确度的氛围,不过对各国来说可能将带来不小冲击,在台湾以奈米为製程基本单位的半导体产业首当其冲。先前经济部国家度量衡标準实验室传出筹不到经费无法跟进,公斤量测校正标準将降为二级,半导体产业检测上良率精确度将受到影响。未来能否争取经费跟进国际度量衡,维持竞争力是台湾半导体将面临的一大挑战。

补充

不过,除了瓦特天平,另一测量法硅晶球法为工研院採取方式,今年十月份公布投入硅晶球质量新标準,此硅晶球为硅 28 纯度超过 99.99%、直径为 93.7mm 且真圆度为数十奈米的完美球体,藉由计数硅晶球内含有多少颗硅原子,再乘以单颗硅原子平均质量,来準确计算出硅晶球的质量,如此一来台湾也能跟进新质量定义!

科学家的噩梦:世界通用的「 1 公斤」缩 水了

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