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kg是指公斤吗-(kg是什么单位公斤)
2022-08-21 23:16:49网络趣梗0人已围观
简介 kg是指公斤吗?(kg是什么单位公斤),新营销网红网本栏目通过数据整理汇集了kg是指公斤吗?(kg是什么单位公斤)相关信息,下面一起看看
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星际战争刚开始的时候,光粒子和双向箔片只能算常规武器,最可怕的终极手段就是给对手一次改变物理规律的攻击!通过篡改另一个宇宙的物理概念参数,使整个科学体系崩溃,达到一击必杀的效果。
星际战争示意图
2018年11月16日,地球。在这一天之前,只有一个普通的人类可以赤手空拳完成上述终极蜕变定律的攻击,给人类的科学界造成了极度的混乱。
当然,我写的是科普而不是科幻。这是怎么回事?让我喝杯水,慢慢告诉你。
决定科学世界的七个基本物理量。在日常生活中,我们会接触到各种各样的“物理量”。不管你知不知道它们在物理学上被称为“物理量”,你都要和这些概念打交道。比如长度(距离)、质量、时间、温度、力、能量、功率等等。
物理量有几百个,每个物理量都有几个单位。为了更好地测量和计算,我们需要给出每个物理量的每个单位的准确定义。
物理量的概念
科学的建立可以说离不开物理量和单位的定义。早在近百年前,各国科学家就意识到了这件事的重要性。他们一起制定了一个测量系统,称为“国际单位制”,用于精确地指定每个物理量及其单位。
在国际单位制中,最重要的成就是规定了七个基本物理量及其“主要单位”,并给出了这七个主要单位的标准定义。其他物理量可以通过这七个基本物理量来计算。简单来说,现代科学的逻辑自洽性和数学基础都来源于此。
七个基本物理量主要单位
这七个基本物理量及其主要单位分别是:时间单位秒(s)、长度单位米(m)、质量单位千克(kg)、电流强度单位安培(a)、热力学度-日开尔文(k)、物质数量单位摩尔(mol)和发光强度单位坎德拉(cd)。
一公斤定义的历史开端:——升冰水。当人们第一次定义这些物理量的单位大小时,是简单粗暴的,甚至是漏洞百出的。
限于篇幅,我们以主单位中的质量单位——kg ——为例,来谈谈人类科学进步的曲折历史。
“一公斤”原来的单位名称是坟,不是公斤。这个词的发音来自法语。这个名词可以追溯到更早的拉丁语,它指的是重力的意思。
793年,当时的物理学家将质量的国际主单位定义为:当冰融化时(0摄氏度),一立方分米水的质量(——)就是现在一升冰水的质量。这个夏天回想起这个概念,让人觉得有点凉。
水立方
品质的定义人人享有,但坟墓这个词却一波三折。因为人们很快发现这个单位太大了,一致同意修改为“G”——“坟”的千分之一。然而,同样的人很快发现“一克”太小了。他们决定再次开始使用“坟墓”。但是因为原来的名字不太好继续使用,他们只好把“千克”改名为——kilogram——“千克”。
这就是千克是唯一带前缀的国际主要单位的原因。
从一升水到一块金属在1799年,一公斤被重新定义为4摄氏度时一升水的质量,——密度最高时水的质量。虽然水在我们的日常生活中随处可见,但它不容易保存且有明显的蒸发,所以它显然不是作为质量标准的最合理的材料。
于是,有人做了一个纯铂圆柱体,质量等于水定义的一千克。这个白金圆筒被命名为——公斤档案。
一千克重量示意图
这一事件具有划时代的意义,它标志着“一公斤”不再与一定体积的水的质量有关。
差不多90年后的1889年,人们用铂铱合金做了一个圆锥体,而不是之前的“一公斤”。虽然新锥的硬度比以前的大,但和原来的锥基本相同。是人类科学史上定义的“一公斤”,官方称之为“国际公斤原型”。
国际原型千克
一百多年前的那一天,人类历史上第一次真正解决了“一公斤”的定义。如果有同学问,一公斤是多少?我们可以把这个圆锥体拿出来,骄傲地说,它是宇宙中唯一一种质量为一千克的物质。因为是“一公斤”。
是不是有点像——我就是我,不一样的烟火?
简单来说,“千克”也是唯一由指定物质定义的国际主要单位。
国际千克原型的定义与困惑“一千克”自诞生以来,科学家一直将其保存在三个钟罩下。周围有六个“姐妹公斤”。这七个“一公斤”放在一个温度控制严格的金库里。不同的人需要三把钥匙才能打开这个金库。保险箱存放在巴黎郊外国际计量局的地下室里。
巴黎
所以真的有外星人对地球发动了攻击。他们只需要随机派出一个普通的吃瓜人,突破安全防御,进入那个地下室,打开这个保险柜,就可以直接篡改“国际公斤原型”3354,破坏“一公斤”这个物理单位!他实际上会改变公斤的定义,——,一个人类赖以生存的定义。——就是这么简单直接!
这个时候世界会发生什么直接的变化?我很奇怪为什么没有一个《速度与》或者《碟中谍》系列把这个脑洞动作写进剧情。显然是不科学的!3354其实现实并没有那么夸张,或者说导游们在科学方面的脑洞还没到那么大的程度。
现实中,我们高枕无忧吗?事实不容乐观。
在原提取器的同时,人们还制作了40个一模一样的复制品。这些副本
本虽然做不到完全和原器一模一样,但副本的质量跟原器极其相近,人们把那些偏差记录下来。这些副本被送至世界上各个国家,作为公斤的标准。
国际千克原器
1948年,各个“一公斤”被重新统一了起来。人们重新测量了这些“公斤原器”的质量,一个严重的问题出现了!
虽然所有的圆柱体都是用相同的一种合金做成的,几乎在相同的其他条件下保存,它们的品质差变大了。“国际公斤原器”的质量并不能跟它六个在相同条件下保存的“姐妹圆柱体”保持一致!其他四十个副本,它们品质差变得更大;相差最大的,甚至相差达到了50毫克——差不多一个手指印的质量。
可以推测出,一定有某种变化,将圆柱体的质量改变了。真实的原因是什么,科学家至今不得而知。我们唯一能够确定的是——就算是地球上最稳定的铂铱合金——所 的圆柱体质量,也并不是一成不变的。
这是一件很糟糕的事情
这是一个比较严重的问题了,至少比同学们想象的还要糟糕得多。
虽然没有任何人秘密的潜入并篡改了原器,但是原器它们本身正在自我改变!而我们甚至不知道其中的原因。
科技之锁
地球的科学界不能接受有一个不断改变自己的单位。同时,问题不仅仅是质量单位的问题了,要知道,在7个国际主单位中,有四个单位取决于“一公斤”的质量!它们分别是摩尔、安培、坎德拉;更不用提像牛顿、焦耳、伏特、瓦特这种依靠推导出的单位了。如果连基本单位都在改变,那么人类的实验数据如何能够保持精确和统一?
这场定义混乱带来的灾难性后果有没有别的国家或者地区的人类可以幸免呢?在缅甸或者美国,他们用的质量主单位可是——磅!虽然“磅”并没有依赖于一个特定的物体——标准原器的“一磅”是不存在的;但是一磅的定义是整整0.45359237公斤!“一公斤”瞎了,“一磅”也是跑不了的啦。
人类的科学之路,是不是真的要被这个“主单位”的不确定性,而彻底锁死了呢?
量子理论和相对论拯救科学界
一直以来,不断地有同学质疑,究竟量子力学和相对论,特别是相对论——爱因斯坦的发现,到底有什么实际的应用?
在这里我将给出一个确定的答案——正是通过量子论和相对论,伟大的爱因斯坦,把物理学从某个角度,再度拯救了。
对,又是我,爱因斯坦
操作起来其实很简单,我们只要将主单位的定义,从特定物体层面解脱出来,使用物理意义上的常数代替就可以了。
质量单位千克(kg),对应普朗克常数为6.62607015×10^-34J·s(焦耳·秒)时的质量单位。
爱因斯坦指出,光子的能量只与它的频率有关,等于h,其中v是光子的频率,h就是普朗克常数。因此普朗克常数的单位是“焦耳·秒”,也就是kg*m^2/s。我们规定了普朗克常数精准等于6.62607015×10^-34J·s,再使用同时重新定义的m和s,就可以得到kg的精准定义了。
普朗克
长度单位米,基于十九世纪末麦克斯韦电磁学理论,和爱因斯坦狭义相对论的基础光速不变性,利用光速为常数给出的长度的更精准定义:“米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度”。
时间单位秒,则是量子论的发展,使得人们认识到量子化能级的存在,物质能态跃迁会辐射特定频率的光子,有了对于“秒”的精准定义:“铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁的辐射周期的9192631770倍的持续时间”。
通过定义真空中光速从而定义了“米”; 通过定义普朗克常数从而定义了“千克”。
这就是本质的科学定义,是符合自然规律的定义。我们的物理量,终于可以摆脱物质层面,站在自然规律级别的水平了。
这是值得每一个同学自豪的事情。
结语
在结束这篇文字之前,同学们不知道有没有注意到,还有一个问题值得引起我们的思考,那就是时间的主单位——秒。
时间的主单位——秒,到今天为止,我们仍然没有办法,通过基本物理规律或常数来进行定义。根据广义相对论,时间的流逝受到引力场的影响,空间和时间都可以改变。时间节奏是不确定的,我们目前根据铯原子钟的震荡的每个周期的时间来衡量时间等长的属性,这种依赖周期性运动而定义的时间,真能够体现时间的本质吗?
时间的本质到底是?
所以,时间的本质到底是什么?仍旧是一个没有确切答案的疑问。
同学们,你们觉得,时间是不是真实的存在,它的本质又是什么?欢迎留言讨论。
我是猫先生,只写能让人愉快阅读的科普,你值得关注。
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