• 編按：經濟部標檢局 5 月 3 日舉辦「國際計量趨勢研討會」，提到「公斤」定義將
• 在明年從實體的「鉑銥公斤原器」改為更加精準的「普朗克常數」，原器預計降為
• 二級標準。如果台灣標檢局實驗室的相關檢測設備不盡快更新，跟上國際標準，
• IC 產業生產機器設備校正可能會連帶受影響，導致產品的良率降低。究竟國際通
• 用百年的「公斤」定義明年要發生什麼事，讓我們一起來了解吧！

2018 年秋季起，一公斤將可能不再是我們熟知的一公斤，一公尺也不再是
一公尺，這並不是在暗示你的身高體重又隨著年歲的變化，而是我們的七大
國際單位制又有機會更新啦！這對整個科學界來說，可能是比諾貝爾獎更激
動的大事件啊！

科學界即將在 2018 年更新測量單位，但放心，你的身高體重或腰圍都不會突然改變。圖片來源：Maxpixel

雖然 iPhone 幾乎每年推出新版本，微軟也在三十多年之間從 windows 1
一路更新到了 windows 10，不過軟硬體規格不合，勉強能靠著轉接頭、
發布更新檔湊合著用，但度量衡這種涉及全球各行各業的標準，不能說改
就能改的，每次要更新都得從長計議。

原本科學家將質量、長度、時間、電流、溫度、物質量、發光強度，這
七個物理現象的單位定義為「公斤（kg）、公尺（m）、秒（s）、安
培（A）、克耳文（K）、莫耳（mol）和燭光（cd）」而根據國際度量
衡委員會（CIPM）提出一份新草案，將除去國際單位制中科學家所假
設的數值，全部改由自然界的基礎常數來訂定，一但通過後，期盼讓整
個世界的測量系統都將變得更加精確。

有關全球各種單位與國際單位制的演變由來，可以參考泛科學的《科學大爆炸》：

我們原本用的單位從哪裡來？

國際單位制（法文 Système International d’Unités，簡稱 SI）可
說是全世界測量系統的基礎，此制度最早源自於 1799 年法國大
革命時期科學家所發展的「公制」，經過 1960 年第十一屆國際
度量衡大會修改調整後，推薦給全球使用，再經過一次次更新，
成為我們現在的國際單位制。

目前七大國際單位制當中，有六個單位是由沒有實體的自然現象
所定義，只有一個單位可以用實際物體來表示，那就是「公斤」
。（不過在 1960 年以前，公尺也有一根實體棍子來代表喔！）

一公斤到底是什麼呢？一般人可能會直覺回答：「1000 公克？」，
但實際上能堂堂正正喊出「我就是童叟無欺的一公斤」的最高權威，
是一塊放在法國巴黎近郊的國際標準局（BIPM）保險箱的標準砝
碼「國際公斤原器（International Prototype of the Kilogram，
簡稱 IPK）」。

IPK 是由 90% 鉑（platinum）及 10% 銥（iridium）打造，大小
大概如高爾夫球的鉑合金直立圓柱體，平時放在真空封存的三層
玻璃罩內。全球還有許多 IPK 的複製品，作為各國自己校正單位
的標準，例如台灣在 1995 年向 BIPM 購買的編號第 78 號「鉑銥
公斤原器」，保存於在新竹工研院的「國家度量衡標準實驗室」
中，每十年送回 BIPM 追溯一次。還有另一件可以提到的原器複
製品是自日治時期留下，現在收藏在高雄科學工藝博物館。

國際公斤原器的電腦示意圖。圖／Greg L, CC by 3.0, wikimedia commons.

雖然巴黎的 IPK 號稱是正港的一公斤。但即使選用不易膨脹和氧
化的材質，收藏環境也受嚴密監控，IPK 還是個會隨著時間逐漸發
生變化的「凡物」，包含灰塵、濕氣或觸摸時的油汙都會影響它
的質量。事實上它可能已微量的發胖了，這讓科學家們有點尷尬
啊，因為他們的研究結論常常是建立在永恆不變的單位上頭。

所以新單位會變得怎麼樣呢？

預計到了 2018 年第 26 屆國際度量衡大會，國際度量衡委員會
的草案內容仍會維持「公尺（metre）、公斤（kilogram）、秒（
second）、安培（ampere）、克耳文（Kelvin）、莫耳（mole
）和燭光（candela）」七大單位，讓 SI 在不用大規模更動的情
況下，確保當前測量方法的連續性。

其中變化最大的，當然是最後一個使用實體標準的「公斤」，
因為科學界將放棄末代小金屬圓柱（IPK 哭哭），改用普朗克
常數定義。

普朗克常數用來描述電磁波能量和頻率之間的關係（普朗克-
愛因斯坦關係式 E=hν。其中，E 是能量，ν 是頻率和 h 是普
朗克常數）是科學中最重要的數字之一，但非常難測量。物理
學家們花了二十多年，尋求各種可斷定普朗克常數的方法，
其中包含瓦特天平器（Watt Balance）。

近期任職於美國國家標準與技術局（NIST）的物理學家史蘭
明格（Stephan Schlamminger）團隊宣布已取得初步成果：
他們把已知質量的物體擺在瓦特天平器的一端，另一端則對
線圈施加電流產生機械力，與物體因重力下拉的力達到平衡。
從電磁力算出普朗克常數的值後，再透過質能互換公式
「E＝mc2」求得質量，精準度可達 3.4×10-8。該團隊預計
2017 年 7 月會再次公布他們獨立測量的結果。

等到 2018 年國際度量衡大會從各團隊測量出的數值中，正
式挑出一個最準確的版本為最終值後，IPK 就可以退休了。

美國國家標準技術研究所的瓦特天平。圖片來源：Richard Steiner@wikipeda, by CC 3.0

另一個測量電流的單位「安培」，目前定義為真空中，兩條
無限長、無敵細，且相距一公尺的平行導線通過恆定電流時，
兩者交互作用所產生某一程度的力，就是一安培。但……無限
長、無敵細的導線在現實中根本不存在啊，換掉換掉，改用可
以真正被測量的基本電荷吧！克耳文和莫耳也將分別從水的三
相點及相對原子質量，改由明確的波茲曼常數（Boltzmann
constant）和亞佛加厥常數（Avogadro constant）來定義。

原本就以自然常數定義的公尺、秒和燭光，只需要根據新草
案調整一下當前的數值。完整的單位制度變化可見下圖：

2018 年新單位制通過後，國際單位制的定義將從左圖改為右圖。圖／Emilio Pisanty@Wikipedia

「說了這麼多，所以對我會造成什麼影響嗎？2018 年過後，
我的身高可以從表定 160 公分灌水成 180 公分，或是體重（
名義上）瞬間少十公斤嗎？」

呃……確實不會。但對科學界來說，準確的單位制度可是物理學研
究的基礎，而新單位制度也是建立於最新的科學研究上，包含量子
機械法則及相對論等。新制度上路後，只要沒有突然發現什麼新的
自然常數，研究人員就能放心使用好一陣子啦。

參考資料：

• FIONA MACDONALD, Our units of measurement are finally about to get an upgrade. ScienceAlert. [3 NOV 2016]
• Proposed redefinition of SI base units