本周公斤得到了一个新定义 - 一个取决于一定数量的光。老公斤是由保存在巴黎金库中的铂金圆筒定义的，乍一看，该系统可能看起来更直观，但它很粗糙，容易出错。新定义利用了宇宙的优雅。
不是每个人都将新公斤解释为光量，但麻省理工学院物理学家沃尔夫冈·凯特勒(Wolfgang Ketterle)提出了一个令人信服的理由，即这是了解它的最佳和最简单的方法。Ketterle分享2001年诺贝尔奖，创造了一种称为玻色 - 爱因斯坦凝聚物的长期理论形式的物质，他说他担心为新公斤提供的其他一些解释正在引导公众相信物理学家正在使生活变得更加复杂比它必须的。
一些物理学家正在解释新千克是通过一种称为普朗克常数的量来定义的(稍后将详细介绍)。但是对于Ketterle来说，根据一定数量的东西定义质量更直观，在这种情况下，东西很轻。
他说，新千克等于特定频率的光子数量--140755214乘以10到40次幂。是的，这是很多光子，你必须解释物理定律如何允许光具有质量 - 但他说这是可行的。事实上，他已经做到了，在麻省理工学院的一次我无法参加的演讲中，他在接受采访时慷慨地再次通过了。
然而，首先，它有助于解释科学家为什么要改变千克的定义。他们正在改变它，以便他们可以保持这个衡量标准 - 所以它不会改变。
这个推理与1983年的一项举措相似，即将仪表从基于铂金条的定义改为基于光速的仪表。人们过去常常使用一秒钟和一米的设定值来测量每秒米的光速。秒可以通过原子钟的振动完美地定义。然而，米是由人类制造的人工制品定义的。
但是感谢爱因斯坦，我们知道光的速度是自然的基本常数。因此，科学家们改变了方向，将光速定义为固定常数 - 正好是每秒299,792,458米 - 并用它来定义仪表，因为距离光的传播时间为1 / 299,792,458秒。它听起来像圆形，但它不需要铂金条。
这只剩下一个基于物理特征的科学单位，它基于一个创造的物体：千克。到目前为止，所有尺度都被校准为1879年创建的铂合金圆柱体的复制品，称为国际原型公斤或IPK因为所有物体，无论多么娇小，都会失去或从周围环境中获得一些原子IPK及其各种副本之间的差异不断出现。有一段时间，人们不确定副本是否体重增加或原件是否正在减肥。
在去年纽约客的一篇报道中，作者简单地想知道为什么科学家们不仅要权衡IPK以保持其准确性。正如其中一位科学家向他解释的那样，所有尺度最终都是根据IPK进行校准的 - 所以如果气缸本身没有显示重达一公斤，那就意味着尺度错误。没有柏拉图式的理想公斤 - 或者直到现在还没有。
亚原子粒子的世界是柏拉图式的。所有电子，质子，中子和光子都具有完全均匀的质量和其他性质。它们不会老化或凹陷或划伤。而且，正如Ketterle所解释的那样，光子 - 光子 - 可以在某些情况下产生质量。
他说，当光以光速传播时，光是无质量的，但你可以将光子限制在一个镜像盒中，这样它们来回反弹，但相对于盒子的平均速度为零。在那种情况下，光子确实具有可预测的质量。带有光子的盒子比单独的盒子具有更多的质量。
尽管如此，将我们有用的测量工具与亚原子量相连接说起来容易做起来难。一个多世纪以前，量子力学的创始人马克斯普朗克意识到它至少在理论上可以做到。普朗克已经发现了一种可以实现这一目标的基本连接，现在通过一个为他命名的常数来表达：光子的能量等于其频率乘以普朗克常数。
正如科学家们必须将光速设置为固定数量以便定义没有铂金条的仪表一样，因此周一他们将普朗克常数设置为固定值以摆脱可变公斤数。有两种不同的设备用于精确测量普朗克常数，并且两者都可用于测量普朗克常数固定时的千克数。
一种称为Kibble天平的装置可以通过平衡重量与电磁力来测量千克或普朗克常数。另一种仪器使用精确测量尺寸的球体 - 精确到科学家可以近似它所包含的原子数。
现在普遍和永久的公斤定义将在未来允许更精确的测量，尽管科学家们还不确定这些将带来什么。公斤转变似乎是不可避免的，因为它变得可能，它利用了原子尺度世界的完美和可预测性，使我们的人类世界更加优雅。