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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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教師補充：法國大革命 影片 https://reurl.cc/KpME
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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教師補充：國際度量衡局是由法、俄、德等 17 國在 1875 年為維護國際單位制 所設立的組織，共有 51 個會員國，其組織總部位在法國巴黎近郊的塞夫爾。
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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教師補充：質量與普朗克常數 影片 https://reurl.cc/l9vnv
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
閱讀理解 檢核答案
1. (A) 2. (D) 3. (D) 4. (A) 5. (C) 6. (D)
