
最初的时候,7个SI基本单位都有一个标准“物件”,作为该单位的最高标准,并以这个物件来定义单位。
好比一家生产尺子的厂商,他们有一把刻度最精准的尺子作为“母尺”,其他所有生产的尺子都要和这把母尺核对误差。
对于“米”m,曾经的定义是经过巴黎半经线长度的1/10,000,000. 你大概能看出这个定义的问题:首先它依赖于地球本身---我们的地球虽然不是变来变去的气球,但是也绝对不是理想刚体。这个定义也让核对新的“刻度”非常困难。如果我没办法标定我新买的尺子的刻度,那么我量出来的长度的误差我也无法估计。在物理学工程学发展到今天这个程度,这是让人难以接受的。当你回头翻翻物理书和化学书,你会发现,很多我们用来认识这个世界的常数,都取决于一些基本的测量。1983年的时候,我们把米重新定义为:真空中光行驶一秒长度的1/299,792,458. 这样,米的定义就从依赖对一个特定物体---地球,变成了依赖于某一个普遍的自然性质---真空中的光速
回到这次计量大会要改变的4个定义,最重要的改变是千克Kg这一个定义,它是七个SI基本单位中最后一个定义依赖于特定物体的单位。剩下的三个基本单位中的开尔文、摩尔由新的千克Kg定义锚定的2个常数:玻尔兹曼常数和阿伏伽德罗常数,重新确定。以阿伏伽德罗常数为例,它的定义是12克碳12中包含的原子数,非常明显,它依赖于Kg的定义。而目前,千克的定义依赖于存放在巴黎的一颗体积为 47立方厘米的铂铱合金圆柱体。
很多物理量因此没有被锚定,比如刚刚提到的阿伏伽德罗常数。对于很多物理常数的测量,我们依赖于这些基本单位的定义。但是凡是测量,就必定有误差,再怎么调校你的仪器,误差都必然存在,目前最精确的测量办法,就是借走巴黎的那颗圆柱体,或者它的众多官方复制品之一。然而即使这样,误差任然不可能被完全消除,导致我们很多物理常数小数点后面很多位都不确定。但是,当我们反向思维----先用老定义用各种不同的方式,以最高精度测量无数次之后得到最为确信的物理量的数值,我们就锚定这个量作为定义,比如光速就是299,792, 458 m/s ---从此不再变了,它就是定义----然后我们再回头修改米的定义。这样,物理量上的不确定性就不存在了。事实上,这次确定千克,也是因为科学家们通过多种途径测量,锚定了一个物理常数---普朗克常数,然后反过来利用公式:
来确定质量单位,千克。
而新的安培定义,只与单个电子电荷量相关,与之前定义相比,和Kg、m完全脱钩,但是任然依赖于秒s的定义。这样做也有副作用,之前为定值真空磁导率和电导率变为依赖测量。
新定义的意义在于,从此我们认识世界,丈量世界的基本单位,都仅仅依赖于自然本生的固有性质。
显而易见的好处之一在于之前提到的,众多物理常数因此被锚定,而减少了测量的不确定性。测量对于我们认识世界非常重要,举例而言,我们观测宇宙的时空曲率,数值差一点点就决定了我们宇宙的拓扑形态:到底是开放的还是闭合的?但是更重要的是我认为就这项举措本身就有固有价值(intrinsic value),代表我们认识世界的方法更加简洁优雅了。
