01 · 定义
2019 年以前,千克是一件实物:巴黎近郊地下室里三层玻璃罩下的铂铱圆柱。如今它是普朗克常数,通过米和秒折算而来。
千克由固定 h = 6.626 070 15·10⁻³⁴ 焦耳·秒来定义。焦耳·秒即 kg·m²/s:知道了米和秒,质量便由普朗克常数导出。实践中由基布尔天平完成:电磁力平衡载荷,质量则由电学量算出,而电学量本身由量子效应复现。名称里只留下一处奇特之处:千克是唯一自带词头的基本单位,因此倍数单位从克构建,而不是从千克。
基布尔天平使机械功率 m·g·v 等于电功率 U·I;U 与 I 来自约瑟夫森效应与霍尔效应——也就是来自普朗克常数。测量质量不需要任何一个砝码。
02 · 换算
输入一个质量——护照会把它换算出来
在 SI 中,词头加在克上:毫克、微克、兆克。日常生活里兆克叫作吨——在 SI 之外,但被认可。1918 年以前的俄制单位与英磅挂钩,因此普特和佐洛特尼克可以精确换算。
千克力(kgf)不是质量,而是一千克的重量:恰好 9.806 65 N。SI 中没有这个单位,但在旧图纸上页页可见。
| 单位 | 名称 | 数值 | 出现场合 |
|---|---|---|---|
| µg | 微克 | 1·10⁹ | 药理学、痕量杂质 |
| mg | 毫克 | 1 000 000 | 药片、首饰印记、分析化学 |
| g | 克 | 1000 | 厨房、邮政、实验室 |
| kg | 千克 | 1 | SI 中质量的基本写法 |
| t | 吨 = Mg | 0.001 | 货运、机械、工业 |
| kt | 千吨 = Gg | 1·10⁻⁶ | 船队、原料、生产统计 |
词头加在克上:1 t = 1 Mg,1 kt = 1 Gg——SI 中不存在「千千克」
03 · 数量级
从电子到恒星千克:一升水、一令纸
04 · 测量仪器
用什么测量千克
初级复现:机械功率与电功率相等。千克由普朗克常数导出,准确度 10⁻⁸。
在真空中将基准与工作砝码比对:一千克上分辨 0.1 µg。质量就这样沿检定链传递下去。
XRCD 法:借助晶格数出完美球体中的原子。通往千克的独立道路——经由阿伏伽德罗常数。
以电磁补偿代替砝码:它显示质量,测的却是力——因此要按当地的 g 校准。
05 · 书写规则
词头加在克上,而不是千克上
千克是唯一名称中带词头的基本单位,因此「千千克」不可能存在:一千千克是一兆克,也叫吨。符号用小写:kg;「Kg」和「kgs」不是 SI。符号没有复数形式:5 kg,绝不写「5 kgs」。
06 · 相邻单位
整个力学都从千克生长出来:乘以加速度得到牛顿,乘以速度的平方得到焦耳。SI 的十三个导出单位含有千克;吨和克是它最亲近的日常亲属。
词头的载体
SI 基础
kg·m/s²
质量同时度量惯性和储存的能量:一千克物质中有 9·10¹⁶ 焦耳。
07 · 历史专区
千克之前用什么称量
四十俄磅。粮食、生铁与赋税的计量单位;在图纸和货运单据上一直沿用到二十世纪二十年代。
俄磅的 1/96。药剂师与珠宝匠的单位:「佐洛特尼克虽小,却很贵重」——那句俄谚说的就是它。
自 1907 年起恰为 200 毫克。此前每个市场各有各的克拉——从 188 到 213 mg。
铂铱合金圆柱,直径 39 mm,藏于三层玻璃罩下。一百三十年间,它就是千克本身。
最后一个作为实物的单位——而实物开始变瘦
到二十世纪九十年代事情已经清楚:国际原器与其官方复制品每世纪相差约 50 微克。哪一个才是「真的」无从裁定——千克按定义等于原器,所以变瘦的不是它,而是世界的其余部分。这成了 2019 年改革的核心论据:质量、能量与频率如今通过普朗克常数相连,塞夫勒的圆柱只作为计量学史的基准留存。
目录 · 国际单位制
每个量都有一本护照
七个基本单位、二十二个有专名的导出单位,以及退出流通的计量制度档案。每个都是独立的一页:定义、量纲、换算、仪器、书写规则。共 33 种语言。
基本单位
打开千克的护照有专名的导出单位
赭色标注——定义中含千克的单位历史计量制度
写法档案护照的语言
33 种语言。符号 kg 与公式不翻译——在所有语言版本中完全相同;翻译的是描述、示例,以及针对各种文字的书写规则。