Re: [請益] 從自然中找尋度量衡的例子

英制長度單位多根據人體尺寸。一英吋是成人拇指的長度，一英尺(foot)等於12英吋，這 是源自古羅馬的單位，然而大多數人的拇指長度的12倍不等於腳掌長度，於是英王愛德華 二世在1324年把3顆大麥粒長度定為1吋，一英尺=36大麥粒長度。其他單位多是從生活中隨 興定義而來:英王亨利一世定義1碼等於他鼻尖到食指指尖的長度;1英畝是一對公牛一天所 耕田地的面積;1英里是1羅馬兵走1000大步的距離。各單位有不同歷史背景，長時間累積下 來，單位間的換算十分麻煩，而且很不準確。 眼見大英帝國仗著日不落霸權推廣難用的英制，拉瓦謝和拉格朗日等科學家向路易十六提 議建立公制，公制的基礎來自科學而不是隨興亂定義，換算盡量以簡明的十進位為基礎。 國際度量衡局設在法國塞夫爾，各國要作儀器校準必須跟法國要公尺原器和公斤原器，所 以建立由法國領導的公制有助於宣揚法蘭西國威，因此即便路易十六和拉瓦謝等人被砍頭 ，繼位的拿破崙等人仍然繼續推廣公制，而各國為了國際貿易等需求也更願意採用公制。 公尺原器於1799年由法國科學院用鉑製成，後來於1889年又改進成用鉑銥合金製成，公尺 定為0°C時該原器的長度;公斤原器也是由鉑銥合金製成的圓柱體，存放於巴黎郊區的儲藏 室內的保險箱。然而原器被拿來校準時會磨損，此外還會吸附空氣中的灰塵，久了還是會 產生細微的形變和質量偏移，故各國的原器複製品要定期校準。 隨著半導體技術的進步，國際度量衡局一度想製作超純單晶矽球來取代鉑銥原器(矽是人類 最能純化的元素，可達99.999999999999%)。作成球可減少磨損，為此國際度量衡局請來蔡 斯公司的員工Achim Leistner製作各半徑誤差不超過0.3奈米的超圓球來定義公斤。然而矽 容易氧化，而且一顆造價320萬美元，各國用起來仍不方便。 於是國際度量衡局改用物理定律定義單位，校準時使用Bryan Kibble於1975年發明的瓦特 秤，使用時將質量m的物體放在電磁托盤上，此時物體的重力mg等於托盤磁力，托盤磁力等於 磁感應強度*電流*電磁線圈總長度(安培定律)，接著讓秤進入校準模式，取走重物讓托盤 以速度V在磁場中作等速運動，這時線圈中的感應電壓=磁感應強度*電磁線圈總長度*V(法 拉第定律)，兩公式換算後得到質量m=感應電壓*電流/(V*g)，此公式中，難測量的磁感應 強度和線圈長度被消掉，剩下的物理量換算成的質量，其精度可達億分之一。 國際度量衡大會於是宣布新定義於2019年5月20日(《米制公約》144週年)生效。新制徹底 淘汰公尺和公斤原器，國際度量衡局先固定物理常數的數值，再由物理常數和物理公式定 義所有單位。 公尺和秒:愛因斯坦提出相對論後，經過做過無數次測量，人類發現光速是宇宙中最恆定的 數值，於是科學家改由光速定義公尺。首先定光速為每秒299792458公尺，另外因為銫原子 鐘的精度已經提升到300萬年只誤差一秒，故定義銫133原子在基態下的兩個超精細能級間 躍遷所對應的輻射頻率為9192631770赫茲，一秒由頻率倒數得出，一米可由光速=頻率*波 長換算得出。 公斤:先定義普朗克常數h為6.62607015×10^-34，再由相對論中的E=mc^2和量子力學中的 E=h*頻率兩個公式進行換算，一公斤等於與頻率總和為1.356392489652*10^50赫茲的光子 含有相同能量的物體的靜止質量。 安培:先定義一顆電子的電量為1.602176634×10^-19庫侖，1 安培等於每秒 6.242×10^18 個電子流過導體橫截面。 克爾文:先定義波茲曼常數k為1.380649×10^-23，E=k*溫度，故1克爾文是使1顆粒子具有 1.380649×10^-23 焦耳平均動能所需的溫度增量。 莫耳:不再用一公斤碳定義一莫耳，直接定義一莫耳原子數(亞佛加厥數)=6.02214076× 10^23。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.253.171.81 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/historia/M.1731216166.A.EB9.html