千克：从“大K”到普朗克常数

1 千克曾经被定义为国际千克原器“大K”的质量。“大K”是一个铂-铱合金圆柱体，被保存在位于巴黎的国际度量衡局（BIPM）总部。尽管受到严密的保护，“大K”的质量一直在神秘丢失，而千克定义的改变也将波及其他相关定义，甚至一些基本物理常数的值。这些因素都让修改千克定义变得越发迫切。

在法国科学工业城（Cité des Sciences et de l'Industrie）展出的大 K 复制品。| 图片来源：Wikipedia

新的千克定义以普朗克常数为基准。普朗克常数反映了一个光子携带的能量与频率之间的关系，光子能量等于频率与普朗克常数的乘积。所以，普朗克常数反映了量子物理中“一份”能量的大小，它决定着量子效应，并在所有尺度、所有环境中对所有的粒子施加同样的影响，这让它成为一个理想的测量标准。

由于普朗克常数的数值极小，测算工作也十分困难。1975 年，英国物理学家布莱恩·基布尔（Bryan Kibble）发明了基布尔秤，将电磁相互作用和引力、宏观尺度与微观尺度巧妙地联系起来，让普朗克常数的精确测算成为可能。又经过了近半个世纪的研究，普朗克常数才被确定。与埃菲尔铁塔同岁的“大K”也可以退休了。

根据新定义：

1 kg = ( h / 6.62607015×10−34 ) m−2s

代入米和秒的新定义，换算后得到：

图片来源：Draft of the ninth SI Brochure, 6 February 2019, BIPM

（公式中的 ∆νCs 为铯原子精细跃迁频率，c 为真空中光速。）