关于坎德拉的故事

测量给我们的生活带来了极大的便利,无论是装配家具时使用到刚好配套的螺栓与螺母;从药品说明书上查找对应成人或儿童的服药剂量;通过导航卫星上的星载钟对时间的测量实现导航;通过手机测量加速度值来判断我们一天行走的步数是否达标等等。

自2019年5月20日起,全球最广泛使用的测量体系——国际单位制(SI)7个基本单位的新定义将正式在全球生效,SI将步入“常数化”时代。

让我们跟随欧洲计量组织(EURAMET)编写的科普小品文,一起迎接新时代的到来。

 

没错,你看到的是一张全黑的图片。这是一个光度实验室内,就快开始测量时的典型景象。或许你能在图片左下角看到由测量设备中LED发出的一点微光。这样的实验室正是国际单位制(SI)发光强度单位坎德拉的计量学发源地。

在这样的实验室里,我们测量从灯泡等物体中发出的光的特性。由于我们只需测量从光源直接发出的光,而其它任何反射的光都是不需要的,并被认为是“光污染”,所以光度实验室的墙面、地板、天花板和其它平板都被涂成了适合光度测量的、可以吸收光线的黑色。

虽然实验室内部被设计得尽可能暗,但这里的工作人员和传说中那些生性嗜暗、痴迷研究的科学怪人可不是一回事儿。他们不会在仪器周围昂首阔步,也不会在光源打开的瞬间大喊一声“它活过来了!”相反,他们会认真按照非常精准的规则及指南来测量“坎德拉”。与其他6个SI基本单位一样,坎德拉有官方的定义,这也是开展上述测量的基础:

坎德拉是发光强度的单位。当一个发出频率为540×1012赫兹的单色辐射的光源沿指定方向的辐射强度为1/683瓦特每球面度时,光源在该方向上的发光强度为1坎德拉。

但是,为了让科学家们能够继续提升测量水平,使测量结果尽可能准确,自2019年5月20日起,坎德拉的官方定义更新为:

坎德拉,国际单位制中的沿指定方向发光强度单位,符号cd。当频率为540×1012 Hz的单色辐射的光视效能Kcd以单位lm W-1即cd sr W-1或cd sr kg-1 m-2 s3表示时,将其固定数值取为683来定义坎德拉,其中千克、米、秒分别用h, c 和ΔνCs定义。

乍一看上去,两种定义不甚相同。但坎德拉定义背后的物理概念并未发生实质性变化。有所不同的是,2019年起,光视效能常数将成为定义的基础,用它的值以及指定的单位一起来规定1坎德拉到底有多“强”。

顺便提一句,英文中的“坎德拉”(candela)与“蜡烛”(candle)听上去挺像,这并非是偶然的。实际上,candela在拉丁文中就是的“蜡烛”。1948年第9届国际计量大会期间,坎德拉被定义为发光强度的国际单位。在此之前,世界上有好几种不同的发光强度标准和单位。比如德国和奥地利采用的单位“赫夫纳烛光”(Hefnerkerze,简写为HK)。1赫夫纳烛光是一种特殊蜡烛(如图)辐射出的发光强度,大概等于0.9坎德拉。

所以,下次当你点燃一支蜡烛的时候,你就可以对1坎德拉的强度有很好的概念啦。

 

你能想象一个没有烛光的圣诞节吗?

(一个来自英国计量同仁的小故事)

1882年12月25日,吉尔伯特和沙利文的歌剧《爱兰丝》在伦敦的萨沃伊剧院上演。这次演出在不经意间开启了圣诞节的一项传统,并一直延续至今。

起初是在剧院里,天鹅联合电灯公司被要求设计一些迷你灯,能够放置在主角小仙女所戴的花环中闪闪发光。在当时,电力照明还属于尖端科技,这些靠藏在戏服里的电池组驱动的星星之光,瞬间迷住了现场观众。“仙女灯”('fairy lights'圣诞小彩灯)这个词就是这么来的。

一年以后,托马斯·爱迪生的同事爱德华·约翰逊(Edward Johnson),第一次将仙女灯装饰在了圣诞树上。

仙女灯也可以让“坎德拉”很好地具象化。一个干净的室内小彩灯发出的光大概就在1坎德拉。传统的钨丝彩灯和现代的LED版彩灯在发光强度上都差不多,只不过LED消耗的电能只有钨丝灯的十分之一。

 

原文来源:欧洲计量组织(EURAMET)

英文链接:https://www.euramet.org/si-redefinition/countdown-si-redefinition/the-ca...