最初的千克定义是以1立方分米水的质量作为标准。科学家们使用这个定义制作了国际千克原器,成为了公制体系中1千克的重量标准。然而,后来发现这个定义存在很多不方便之处。因此,科学家们通过一系列方法和实验,确定了新的1千克定义,依赖于普朗克常数。下面将详细介绍这一新定义的相关内容。
1. 新定义由化学测量方法和物理测量方法组成
新定义的确定分为两个步骤,即化学测量方法和物理测量方法。科学家们需要借助现有的千克定义,将自然常数固定为一个确定的值,然后以此值定义千克。通过这两种方法的结合,新的定义能够提供更加准确、稳定的结果。
2. 新定义与普朗克常数相关
根据新的规定,千克的定义将与普朗克常数相关。普朗克常数是量子力学中用于计算光子能量的常数,其单位为焦耳·秒。新定义中,1千克将被定义为对应普朗克常数为6.62607015×10^-34J·s时的质量单位。这一模型化后的数据将更加稳定准确,为质量的测量提供更可靠的参考。
3. 重定义千克的意义
重定义千克是将千克的定义从依赖于物理实体变为依赖于基本物理常数,具有重要意义。通过使用普朗克常数作为基准,千克的定义不再依赖于人工制备的物质样品,从而避免了由于国际千克原器的微小变化而导致的测量不准确性。这使得千克的测量更加稳定、可靠,为科学研究和工业生产提供了可靠的质量单位。
4. 千克的历史演变
千克的定义可以追溯到128年前,当时科学家们使用一个直径和高度都为39毫米的铂铱合金圆柱体作为1千克的标准重量,即国际千克原器。这个原器被保存在法国的国际计量局。然而,由于多年的使用和环境变化,国际千克原器的质量发生微小变化,导致千克的测量不再准确。
5. 基于质量和能量的基本关系
新的千克定义基于质量和能量之间的基本关系,即E=mc^2,这是爱因斯坦著名的质能方程。能量等于质量乘以光的速度的平方。新定义以能量常数普朗克常数作为基准,使得质量的测量能够与能量的测量紧密联系,提高了测量的准确性和可靠性。
通过重新定义千克,将千克的测量标准由物质实体变为基本物理常数,使得质量测量更加稳定、准确。这一重要的变革有助于科学研究和工业生产的进行,提高了质量测量的可靠性和精确度。新的定义以普朗克常数为基准,使得质量和能量之间的关系更加紧密,从而推动了物理学和量子力学等领域的研究与发展。千克从以水为标准转变为以普朗克常数为标准,标志着现代科学测量的新里程碑。