本周，Sam Kean 探讨了一些极其精确的标准——米、秒以及其他国际标准单位——以及元素在历代定义、重新定义和再重新定义这些单位中所起的作用。
千克确实让计量学家们头疼。度量衡系统中七个基本单位中的六个有“操作性”定义——你可以用纯粹的语言来定义它们，描述一个产生一米或任何东西的物理过程。但千克却一直未能摆脱这种定义方式的束缚。
这就像一种每个人都能感受到、共享但又无法准确表达的感觉。相反，千克是最后一个仍然依赖于人类制造品的度量衡标准。
那个制造品就是“千克”——一个位于巴黎的、宽两英寸、由 90% 铂和 10% 铱制成的圆柱体。按照规定，它的质量恰好是 1.000000… 千克，并且受到了相当精心的照料。由于“千克”是一个物理对象，因此可能损坏，而千克的定义应该保持不变，因此照顾它的科学家必须确保它永远不会被刮伤，永远不会沾染一粒灰尘，永远不会丢失（他们希望！）一个原子。因为如果发生任何这样的事情，它的质量可能会飙升到 1.000000…1 千克，或者骤降到 0.999999…9 千克，仅仅是这种可能性就足以让计量学家们感到头疼。
因此，就像有过敏症的母亲一样，科学家们不断监测“千克”的温度和周围的压力，以防止微小的膨胀和收缩，以及可能导致原子脱落的应力。它还被包裹在三个大小递减的钟罩内，以防止湿气在其表面凝结并留下纳米级的薄膜。而且，“千克”由致密的铂和铱制成，以最大限度地减少暴露在令人无法接受的脏空气（就像我们呼吸的那种空气）中的表面积。铂的导电性也很好，这可以减少“寄生”静电（这是科学家的说法）的积聚，而这种静电可能会击碎游离的原子。
其他国家也有自己的官方 1.000000… 千克圆柱体，这样他们就不必每次想精确测量某物时都飞往巴黎。但由于“千克”是唯一的标准，所以每个国家的复制品都必须定期与它进行比较。美国有一个官方的千克，称为 K20（第 20 个官方复制品），它位于马里兰州郊区的一个政府大楼里。自 2000 年以来只校准过一次，而且即将进行另一次校准，NIST 质量和力团队的负责人 Zeina Jabbour 说。但校准是一个需要数月的过程，而且自 2001 年以来的安全规定使 K20 飞往巴黎变得很麻烦。“我们必须随身携带千克通过航班，”Jabbour 解释说，“带着一块金属通过安检和海关很难，而且还要告诉人们不能碰它。”她还说，即使在“尘土飞扬的机场”打开 K20 定制的行李箱也可能对其造成损害，“如果有人坚持要触摸它，那就意味着校准结束了。”
通常，BIPM 使用“千克”的六个官方复制品之一（只放在两个钟罩下）来校准复制品。但官方复制品必须与其自己的标准进行测量，因此每隔几年，科学家们就会将“千克”从其保险库中取出（当然要使用镊子并戴上乳胶手套，以免留下污迹——但不能是粉状的手套，因为那样会留下残留物——哦，也不能拿太久，因为人体的温度可能会将其加热并毁掉一切），并校准校准器。
然而，令人担忧的是，科学家们在 20 世纪 90 年代的校准过程中注意到，即使考虑到人们触摸时脱落的原子，在过去的几十年里，“千克”已经损失了相当于一个指纹的额外质量，每年损失半微克。没人知道为什么。
这种无法保持“千克”恒定的失败，重新激发了人们对千克操作性定义的兴趣。一些选项，如计数原子，到目前为止因过于复杂而未能成功。但在最近几周，德国科学家 宣布，他们已经计算出了一个由纯硅制成的球体中原子的数量，并且认为他们可以做得更好。（该团队通过激光非常精确地测量了球体的体积，然后计算了单个原子的体积来实现这一目标。）另一个有前途的想法是使用瓦特平衡，这将测量悬浮一个 1.000… 千克质量的物体在空中所需的电量。
如果其中任何一个方案能够成功，“千克”将最终获得永生，并加入其他虚幻测量标准的行列。每一个痴迷于巴黎那个被娇惯的圆柱体的科学家的最大梦想——让它变得过时——将最终实现。
Sam Kean 是 《消失的勺子》 的作者——这是一本关于元素周期表中隐藏的有趣而奇特的故事的合集。
