前几天儿子想喝香飘飘奶茶,就自己拆开包装,开始调制。为了浓度合适,他打算按照包装上提示的水量加水。不过,包装上提示的水量用到的单位是mL,而家里没有量杯。于是他取出了厨房里的小天平,想称量出相应的水。结果,突然卡住了,应该用天平称多少水呢?
我脱口而出,一克水就是1毫升水。科爸在一旁感叹到水真神奇呀!可我记忆中,这就是一个规定呀,有什么神奇的呢?
不过,是规定的一克水就是1毫升水呢,还是规定的1毫升水就是1克呢?也就是说,是用质量单位规定的长度单位,还是用长度单位确定的质量单位呢?
这倒是一个有趣的问题。以前也没注意过,趁这个机会了解一下。在百度上搜索一下,获得如下信息:
最初的千克质量单位是由18世纪末法国采用的长度单位“米”推导出来的。1立方分米纯水在最大密度(温度约为4摄氏度)时的质量,就定为1千克。
原来,是通过长度单位来确定的质量单位呀!问题得到圆满的解答。
可是新的问题又产生了:那“米”这个单位又是怎么来的呢?继续百度,才发现“米”这个单位的基准还是不断发展变化的呢!
NO.1
1791年,法国科学研究院决定采用通过巴黎的地球子午线的四分之一的千万分之一为长度单位,选取古希腊文中“metron”一词作为这个单位的名称,后来演变为“meter”,中文译成“米突”或“米”。
从1792年开始,法国天文学家用了7年时间,测量通过巴黎的地球子午线,并根据测量结果制成了“米”的铂质原器,这支米原器一直保存在巴黎档案局里。
NO.2
法国人开创米制后,由于这一体制比较科学,使用方便,欧洲大陆各国相继采用。 后来又作了测量,发现这一米原器并不正好等于地球子午线的四千万分之一,而是大了0.2毫米。人们认为,以后测量技术还会不断进步,热必会再发现偏差,与其修改米原器的长度,不如就以这根铂质米原器为基准,从而统一所有的长度计量。
NO.3
国际计量局经过几年的研究,用含铂90%、铱10%的合金精心设计和制成了30根横截面呈X琪的米原器。
这种形状最坚固又最省料,铂铱合金的特点则是膨胀系数极小。这30根米原器分别跟铂质米原器比对,经过遴选,取其中一根作为国际米原器。1889年,国际计量委员会批准了这项工作,并且宣布:1米的长度等于这根截面为X形的铂铱合金尺两端刻线记号间在冰融点温度时的距离。
NO.4
19世纪末,在实验中找到了自然镉(Cd)的红色谱线,具有非常好的清晰度和复现性,在15摄氏度的干燥空气中,其波长等于 y=6438。4696×10e(-10)米。 1927年国际协议,决定用这条谱线作为光谱学的长度标准,并确定1米=1553164。13yCd,人们第一次找到了可用来定义米的非实物标准。
NO.5
科学家继续研究,后来又发现氪( 86 Kr)的橙色谱线比镉红线还要优越。1960年,在第十一届国际计量大会上,决定用氪(86Kr)橙线代替镉红线,并决定把米的定义改为: “米的长度等于相当于氪(86Kr)原子的2P10到5d5能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763。 73倍。”
NO.6
1983年10月第十七届国际计量大会通过了米的新定义:“米是光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所经路程的长度”。
新的米定义有重大科学意义。从此光速c成了一个精确数值。把长度单位统一到时间上,就可以利用高度精确的时间计量,大大提高长度计量的精确度。
“米”的单位的基准虽然有些看不懂。可是我还是想把这个脉络整理出来,存在这里。希望自己完全理解以后,可以改写得更加简洁易懂。不过这个脉络正好体现了科学的不断发展变化。