讓「公斤」更精準，1 公斤將 重新定義！
逾百年來，全球對「1 公斤」的定義，都以存 放在國際度量衡局的「國際公斤原器」（IPK）為標 準，但這種方式即將改變，近日各國政府代表在第 26 屆的國際計量大會上，一致決議改用更精確的
「普朗克常數」來定義「1 公斤」，並在 2019 年 5 月正式生效，到時候你所知道的 1 公斤，將更加精 準！
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1 公斤有多重？
你知道 1 公斤有多重嗎？事實上，這種問法並不是很正確？這是因為我 們常說的「幾公斤」，其實指的是物質的「質量」，而非是你口中常說的「重 量」，只不過大多數的人在使用時，常常把兩者搞混罷了！那麼到底要怎麼 使用公斤？又或者我們應該要問的是：「到底什麼是質量？」
什麼是「質量」？
什麼是「質量」？按照科學來定義，所謂的質量，就是指物體內所含物 質的多寡。只不過用這樣的說法來解釋什麼是質量，實在有點抽象，雖然每 一個字我們都認識，但要能明白其中所指的含意，還真的是不太容易。
所以想要具體來了解質量的話，我們不 妨從自己最為熟悉的周遭來看，從桌上的鉛 筆、橡皮擦，一直到教室的黑板、講台，我 們眼見的這些物體，隨便你選一樣，就以橡 皮擦來說好了，假如你將這塊橡皮擦一直切、
一直切…，猜猜看！最後會發生什麼事？
沒 錯 ！ 這 塊 橡 皮 擦 最 後 會 變 成 一 堆 成 千上萬的小粒子，反過來看，這些成千上萬 的 小 粒 子 不 就 是 構 成 這 塊 橡 皮 擦 的 物 質 了 嗎？而用現代的科學術語來說，這些構成物 體的小粒子，就稱為「 基本粒子」。
對同一個物體來說，構成這個物體的基 本粒子沒改變時，想當然耳，該物體的質量 亦不會有任何的改變，所以不管是拿到任何 地方，就算是拿到遙遠的外太空，只要物體 沒變，那麼該物體的質量就會是一「定值」。
這 個 問 題 其 實 早 在 1808 年，就由英國物理學家道耳頓
（John Dalton）回答出來了。
道耳頓提出原子說，他認為一 切物質都是由無法再分割的原 子所組成。
當然以現今來看，道耳頓 的理論不再正確，因為原子並 非是構成物體的最小粒子，原 子還可再分割成更小的質子、
中子、電子等，而質子、中子 甚 至 可 以 再 分 割 出 更 小 的 夸 克，只能說時代在變，我們知 道「構成物質的基本粒子」也 愈變愈小囉！
科學中的新聞 2018 / 12
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質量的定義——1 公斤
既然我們已經知道什麼是質量了，那接下來我們不禁要問：「這個質量 的多寡又是如何測定出來的呢？」總不會要將物體先切成基本粒子後，再來 數數看有多少吧？我們先別說將物體切成基本粒子是否可行，光是想要數出 那些難以計量的粒子，就知道這種方法絕不可能。
所 以 人們 需 要有 一個 質 量標 準 ，而 這個 標準，最早還要從法國的國王—— 路易十六 開始說起。在 1795 年，當時的國王路易十六，
為了不讓貴族私自訂定度量單位，造成人民 和國家的經濟混亂與負擔，故而決定統一度 量單位，現在我們探討的質量，就是因此而 產生的。
一開始，法國的科學家將「體積 1 立方 公分的水在 0℃時的質量」訂定為 1 公克（g）， 並將 1000 公克（g）訂定成 1 公斤。後來又 過了幾年，科學家發現水在 4℃時的體積才 會最大，因此在 1799 年又將 1 公斤的標準 修正為「體積 1 公升的水在 4℃時的質量」。
既然制定了質量的標準與單位，那當然 就要使用了，不過問題是用水當測量標準還 是不太方便，誰會到哪裡都帶著的水啊？
所 以 聰明 的 法國 科學 家 很快 地 就利 用金 屬「鉑」，做了一個質量與「1 公升 4℃的水」
一樣的「公斤原器」，成為 1 公斤的新標準，
而其他物體的質量就 跟它來比較計量，舉個 例子來看，像一顆質量等同於 2 個公斤原器 的大西瓜，不就是 2 公斤了嘛!
路易十六（Louis XVI）大 概是法國最倒楣的國王了，他 為法國歷史上唯一被處決的國 王，而他的死亡也宣告了近千 年的法國君主制，就此終結。
嚴格來說，路易十六是一 位好國王，在其統治時期，對 法國進行一連串的改革，包括 建立統一的度量單位，試圖廢 除農奴制，以及放鬆對糧食市 場的管制等。
但當時的法國也因為在放 鬆對糧食市場的管制後，導致 麵包價格的上升，加之一時糧 食歉收、食物短缺等問題，引 發民眾暴動，也就是著名的法 國大革命，最終導致路易十六 被人民送上斷頭台。
諷刺的是，害死他的斷頭 臺還是路易十六親自設計的，
本來是為了要減輕受刑者的痛 苦，沒想到自己最後卻死在這 個殺人利器之下。
我 死 得 很 無 辜
， 但 我 原 諒 你 們
， 但願 我 的 血
， 能 為 法國 帶 來 希 望
。
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這個公斤原器一用就用了九十年，而且很快地就成為西方各國的度量衡 標準，直到 1901 年才再度被換掉。大約在 1870 年左右，法國科學家研究發 現，鉑銥合金比起純鉑來說，不但膨脹率較低，而且更不容易氧化，因此又 在 1901 年，以鉑銥合金製作的「國際公斤原器（簡稱 IPK）」來定義 1 公斤，
還以此為範本，製作出大量的原器複製品，發給各國保存與使用。
自從國際公斤原器被製造出來以後，就一直受到國際度量衡局的嚴密保 管，不知道該說意料之中還是意料之外，這個具有上百年歷史的國際公斤原 器，在與其他原器複製品相較之下，國際公斤原器的質量竟然變輕了！什麼？
那ㄟ安捏？
不用懷疑，這是真的。根據科學家的研究，目前國際公斤原器的質量比 起其他原器複製品，大約少了 0.00005 公克左右，雖然無法確定到底是國際 公斤原器變輕了，還是其他原器複製品變重了，但至少有一點 是可以確定，
那就是以一個物體來作為質量標準，已經不再適用了，用這種方式所定義的 質量不但不夠精準，而且還不夠 穩定，再繼續使用下去，早晚要出亂子。
美 國 國 家 標 準 暨 技 術 研 究 院 （ NIST ） 物 理 學 家 史 蘭 明 格 （ Stephan Schlamminger）曾對此事發表看法，他說：「如果外星人來到地球，我們除了 物理還能聊什麼？如果我們要聊物理，就必須要有共同單位，如果說我們的 質量單位是一塊放在巴黎的金屬，那我們 絕對會變成全宇宙的笑柄！」。
美國的國際公斤原器複製品（圖片來源：NIST）
科學中的新聞 2018 / 12
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1 公斤的新定義！
但…如果不用國際公斤原器來定義 1 公斤，那要拿什麼來定義啊？就在 今年的第 26 屆國際計量大會（2018.11.16）上，來自近六十個國家的科學家，
全員一致決議，改用更精確的「普朗克常數」來重新定義 1 公斤，並於 2019 年 5 月 20 日的世界計量日生效，屆時國際公斤原器將正式走入歷史。
既然 1 公斤已經重新被定義了，那對現在的我們又有什麼影響啊 ？答案 是一點影響都沒有。這是因為普朗克常數原本就是一個跟質量（公斤）相關 的物理常數，所以這個常數也是根據國際公斤原器所推算出來的。
只不過，普朗克常數為一個固定的數值，也就是 6.62607015× 10−34 J·s，
不像國際公斤原器會隨時間而逐漸改變，所以按造這個固定的普朗克常數來 反推 1 公斤，現在的 1 公斤和明年、後年…甚至千年之後的 1 公斤，都會是 一樣的，比起國際公斤原器來說，是不是更加精準多了呢！
第 26 屆國際計量大會（圖片來源：Academie Sciences）
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延 伸
讀
重量？質量？傻傻分不清楚！
在物理學上，重量與質量就是兩種不同的物理量，只不過 大多數的人在使用時，常常會把兩者搞混了，這就好比一 對雙胞台，明明長得一模一樣，但就是兩個不同的人，而 質量與重量恰好就是這樣的關係。
所謂的「質量」，是指物體中所含物質的總量，可由天平來測量，
不論將物體放在何處，它的質量都不會改變。然而，所謂的「重量」， 則是指物體在受到地球的重力作用後，所產生的一個量值，我們用磅 秤（或彈簧秤）所量出的體重，就是我們的重量了。
只不過與質量不同的是，對同一個物體而言，它的重量卻並非是 固定不變的，而是隨所在之處不同而不同。為什麼？這是因為就算是 在地球，物體受到的重力也並非是固定的，想當然耳，因重力而產生 的重量當然也不會固定不變。
舉個例子來看，假如今天你開船去北極捕魚，當你捕完魚後，將 船開到赤道把魚貨賣掉時，你會發現一個令人震驚的現象，因為船上 魚貨的 重 量竟 然 變 輕 了！ 此 時 可別 懷 疑 有 人偷 吃 了 ，因 為 這 少 掉的 重量，可是由於赤道的重力比北極小而造成的呢！
雖 然重 量 與 質 量 是表 示 兩種 不 同 的 物 理量 ， 但是兩者 的表示方 式卻相當雷同，像所謂的「1 公斤重（kgw，w 就是 weight 的縮寫）」， 就是指質量 1 公斤的物體在緯度 45°的海平面上受到的地球重力，其 他像 1 公克重（gw）、1 公噸重（tw）…均是如此。
在這裡要特別強調一點，1 公斤物體的重量為 1 公斤重，
是專指在緯度 45°的海平面上，若物體不在此處時，那 1 公 斤物體的重量可就不是 1 公斤重了，而會隨著所在地點來改 變喔！
讀 閱 理
解 大 家 一 起 來 動 腦 囉 ！
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看完文章後，你對於文章介紹的內容都完全了解了嗎？還是不 確定呢？沒關係！現在就來測驗一下自己，到底學會了多少吧！
中心： 姓名：
1. 下列何者可以決定 物體的質量大小？（閱讀題）
(A) 組成粒子 (B) 所在地點 (C) 測量地點 (D) 以上皆是 2. 下列何者可作為測量質量的工具？（理解題）
(A) 電子天平 (B) 等臂天平 (C) 三梁天平 (D) 以上皆是
3. 在 2018 年時，「1 公斤」是用下列哪一個質量來定義？（閱讀題）
(A) 1 公斤重的物體 之質量 (B) 1 公升的水在 4℃時之質量 (C) 1 公斤的天平砝碼之質量 (D) 1 公斤的國際公斤原器之質量 4. 在 2020 年時，「1 公斤」是用下列哪一個常數來定義？（閱讀題）
(A) 用普朗克常數來定義 (B) 用波茲曼常數來定義 (C) 用法拉第常數來定義 (D) 用亞佛加厥常數來定義
5. 將 1 公斤的鐵塊與 1 公斤的棉花作比較，何者的質量比較大？（理解題）
(A) 鐵塊較大 (B) 棉花較大 (C) 兩者一樣大 (D) 兩者無法比較 6. 下列有關物體的重量與質量之敘述，何者正確？ （理解題）
(A) 同一物體的質量會隨地點而變 (B) 同一物體的重量不會隨地點而變
(C) 同一物體在平地的質量小於在高山的質量 (D) 同一物體在北極的重量大於在赤道的重量
