国际单位制“地动山摇”

没有国际单位制，世界各地的人们在谈论质量、时间、电流等的时候，就不得不面临各种不同单位之间的互换，不得不面对鸡同鸭讲的情况。国际单位制的建立，让人们在研究科学甚至生活中有了统一的度量标准，人们可以只用秒、米、千克、安培、摩尔、坎德拉（发光强度单位）和开尔文7大基本单位，就能够描述自然界运转的一系列定理和法则。

每个基本单位都有严格的定义，但由于许多定义都是很早以前确定的，随着科学的发展，人们需要越来越精确地定义基本单位，以满足科学上对精确度的要求。除了备受诟病的千克的定义之外，另外3种基本单位的定义也处于风雨飘摇之中，科学家琢磨着更精确地定义它们。

摩尔新定义甩掉千克

先来看看被千克殃及的基本单位——摩尔。1971年，国际计量大会把摩尔列为国际单位制基本单位之一，并定义摩尔“是一个系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元（原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合）数与0.012千克的碳-12的原子数目相等”。由于当时判定0.012千克的碳-12含有的原子数目是6.022045×10²³个，因此1摩尔中的基本单元数就是6.022045×10²³个。

请注意，摩尔的定义里包含了千克的概念，用碳-12的千克数来定义摩尔。如果千克变得不精确，发生了变动的话，那么摩尔也同样会变得不精确，它含有的基本单元数就会发生改变。

一些科学家由此建议，摩尔的定义里要抛弃千克的概念，摩尔应该用阿伏伽德罗常数的固定数值来确定。1摩尔的任何物质所含有的该物质的微粒数叫阿伏伽德罗常数，由于阿伏伽德罗常数是一个固定数值，和千克等单位没关系，因此用阿伏伽德罗常数来定义摩尔，就更加精确和科学了。现在科学家需要做的事情是，精确地测量阿伏伽德罗常数的数值。

开尔文新定义甩掉了水

温度的国际单位制是开尔文(K)，热力学温标以开尔文为单位，目前的规定是，水的三相点温度为273.16K。所谓三相点，说的是某种物质的气相、液相、固相共存的一个温度和压强的数值。比如对于水来说，水蒸气、液态水和固态冰能够在273.16K（0.01℃）及611.73Pa的环境条件下共存，因此273.16K就是水的三相点温度。

开尔文的这个定义不涉及其他基本单位，理论上看，似乎没什么问题，但是水的三相点温度很接近0℃，用这个开尔文定义来确定超低温和超高温时，要精确测量非常难，因为会受到水的物理化学性质的影响，水中含有微量的杂质或结构略有变化，就会改变测量值。根据这个标准来衡量各种物质的温度时，在遇到超高温或超低温时，都难以进行精确地测量。

看来要精确定义开尔文，就得抛弃水这个因素。今后，开尔文将用波尔兹曼常数来定义。波尔兹曼常数(K_B)是一个与温度、能量有关的物理常量，1K_B=1.3806515×10-²³J/K。如果用它来定义开尔文，就不必依赖具体物质，比如水的性质来定义了。

当然了，与摩尔的新定义类似，开尔文的数值也取决于精确测量波尔兹曼常数。上段所写的数值是中国计量科学院的研究人员最近测量的数据，他们还在努力工作，希望能够得到更精确的波尔兹曼常数，到时候开尔文也将更加精确。

安培新定义甩掉了导线

学过中学物理的人对于安培这个电流单位并不陌生，目前国际单位制中安培的定义其实还是19世纪传下来的——真空中相距1米的两根无限长且圆截面可忽略的平行导线内通过一恒定电流，当两导线每米长度之间产生的力等于2×10^-7牛顿时，则规定导线中通过的电流为1安培。

这个古老的安培定义有什么问题？聪明的读者也许猜到了，这个定义依赖于具体的东西——导线。而且从定义看，与精确度要求越来越高的科学研究相比，这种测量实在是太粗枝大叶了，“圆截面可忽略”这简直是和精确测量对着干，导线的几何形状也会影响对安培的测量精度。有什么新方式能够更好地定义安培吗？物理学家希望能通过一次产生一个电子的极为精确的电流源来重新定义安培，这样就抛弃了导线这个干扰因素。但是电子是极其微小的粒子，在实验中要检测一个电子非常困难。直到最近，美国和芬兰的科学家联手，研制出一种特殊的单电子晶体管，有望更精确地定义安培。这种特殊的装置能够精确地决定电子通过微观隧道的数量，由于施加在隧道上的电压的变化周期（t）是可以精确测量的，电子的电荷量（Q）也是固定值，于是就可以精确地得到通过装置的电流I（I=Q/t）。

摩尔、开尔文、安培以及千克都要重新定义，涉及到国际单位制的“半壁江山”，科学界真可谓地动山摇了。从这些新定义我们可以看出，科学家试图让基本单位真正地“基本”，排除掉宏观物体因素的干扰，用更加微观的、本质的自然常数、单电子等来重新定义它们。这些新定义将使科学大厦的“地基”更加牢靠。