质量的单位是如何定义的

在购物时，我们经常需要知道物体的“重”，生活中所指的“重”，大多时候是指物体的质量，而不是重量。

古代质量单位形式多样，各国也各不相同。波斯用卡拉萨作质量的单位，1卡拉萨约合0.834千克；古埃及用格德特，1格德特约合9.33克。我国秦代的度量衡制度中规定：

1石=4钧　　1钧=30斤　1斤=16两

古代的1斤约合0.256千克。

在英制中质量的单位有磅、盎司、打兰、格令等，它们的关系是：

1磅=16盎司=265打兰=7000格令

在国际单位制中，质量的单位是千克。

国际千克原器

质量的概念内涵随着科学的发展在不断地变化与更新，而且在不同的领域，质量的内涵也略有差别。

早前，质量的概念是由大科学家牛顿创造的。牛顿在他著名的牛顿第二定律中指出，物体受到的合外力与加速度成正比，其比例系数就是质量。牛顿第二定律中的质量更多地体现了物体的惯性属性，称为惯性质量。牛顿的万有引力定律更能代表牛顿在物理学上的贡献，在万有引力定律中，引力大小与两物体的质量成正比，这种质量体现了物体的引力特性，称为引力质量。研究表明，不管是惯性质量还是引力质量，它们的本质是相同的，是等效的。

我们在评价秦始皇嬴政个人的历史功绩时，对他的褒扬之处就有他的“书同文，车同轨，统一度量衡”，统一单位对社会经济发展太重要了。质量单位的统一也是经过了一个漫长的过程，并且随着科技水平的不断发展也在不断地进步。

在国际单位制中，质量单位千克是其中7个基本单位之一，也是最早定义的基本单位之一。起初，质量单位千克是这样规定的：在4℃时，标准大气压下，1立方分米的纯水的质量为1千克。

但是，这种规定存在许多问题：我们难以保证1立方分米纯水在4℃的质量是不变的，特别是在不同的大气压下，纯度不同的水的质量是不一样的。而且这种规定首先要测量水的体积，而取水的体积时要用到长度单位作为基本单位，作为基本单位，质量单位不能依赖于长度单位而定义。同样，确定温度4℃时，就有温标的问题，因为不同介质的温度计定义的4℃是略有差别的。当然，从全世界的角度来看，各个国家都想以自己国家原有的质量单位定义为标准，这样就存在互不相让、各自为政的现象。存在这么多问题，又鉴于19世纪法国在科技上的地位，法国在1799年制作的铂质砝码最终成为基准，成为计量的权威。

1878年，国际计量局向伦敦的约翰逊·马瑟公司订购了3个铂铱合金圆柱体砝码，并在巴黎进行了抛光和质量值的精密调准。

1887年10月15日，国际计量委员会正式决定，将上述3个铂依合金圆柱体砝码中的一个的质量定义为1千克，这项决定于1889年9月26日获得了第一届国际计量大会的批准。被规定的那个铂铱合金圆柱体砝码就是国际千克原器，以后的国际千克原器复制器就按照此原器的标准来制作。国际千克原器复制时规定，铂铱合金中铱的含量为10%，合金密度为21.558 g/cm3，高度与直径都是39 mm。第一届国际计量大会后，国际计量局将40个调准过的基准型铂铱合金砝码中的34个分发给各个米制公约成员国。1929年至1974年间，又制作了23个千克砝码。1965年，中国计量科学研究院获得了一个。

国际千克原器保存在国际计量局，为了防止空气和杂质干扰，它被放在用三层玻璃罩罩住的专用器皿内。但即便如此，千克原器的质量也在逐年发生变化，近120年来，质量变小了50微克，科学家也找不出其中原因。

以国际千克原器的方法来定义质量单位，稳定性不够。鉴于国际千克原器实物易受环境的影响而发生变化，特别是在未来漫长的岁月中，这种变化是不可忽略的，对现实影响巨大。寻找一种更好的方法来重新定义质量的单位，这是非常迫切的。但是，对单位重新定义不能是随意的，定义至少要比原有的定义更好，这体现在以下七个特征：一是新老定义之间保持连续性；二是新定义应比老定义的测量不确定程度更小；三是新定义应具有更高的稳定性；四是新定义应与其他基本单位具有相关性和一致性；五是原则上保证在任何时候和地点都能复现这个定义；六是新定义的依据应该是可接受的物理学定律；七是新定义的概念清晰，易被理解。

目前，计量专家对千克的定义主要有两种方式：一是从量子力学的角度去定义，采用普朗克常数h，通过瓦特天平的测量来间接导出质量单位千克的定义；二是用原子的质量，通过测量阿伏伽德罗常数NA来直接导出质量单位千克的定义。

从经典物理学的角度来看，质量是描述宏观物体的一个物理量，属于牛顿力学的范畴。基于原子质量的定义具有明显的符合质量是“物体所含物质多少”的直观含义，因此，上述第二种定义是可被直接接受的。但是，由于量子力学的发展，利用普朗克常数来间接定义千克，也是可行的，并得到了长足的发展。

以普朗克常数来间接定义千克，表述为：千克是一个质量单位；其量值为固定的普朗克常数的数值，它精确地等于6.626×10-34，单位是J·S。

宏观的质量与量子力学的普朗克常数之间不可能直接相联系，而是通过瓦特天平来实现两者之间的联系，这种联系由宏观电学量子效应（即约瑟夫森效应和量子霍尔效应）所提供。

目前，各国科学家有用瓦特天平测量普朗克常数的，也有用质子旋磁比法和硅原子计数法来间接测量普朗克常数的，相比较而言，用瓦特天平测量的结果不确定度更小。