为什么要重新定义阿伏伽德罗常数？ 第1页

因为阿伏伽德罗常数的本质就是一个人为规定的数，它自然也应该直接定义成一个数，而不是和测量值挂钩的量。而且按照阿伏伽德罗常数的原理，它其实可以是任何一个数，我们今天之所以把它的数值当成6.02*10^23，只是因为阿伏伽德罗常数最初的数值是和公制中的“克”绑定的，如果使用英制质量“磅”，阿伏伽德罗“常数”就会变成2.73*10^26。按最初的设计，阿伏伽德罗常数本应是个无量纲数，但它的数值却会受所选单位的影响，所以它显然不是像精细结构常数那样真正的无量纲自然常数。这也是后来国际单位制把“mol”设为基本单位，把“阿伏伽德罗常数”改为“阿伏伽德罗常量”，并规定其带单位“/mol”的主要原因。

而且和光速对应相对论、普朗克常数对应能量量子化这样的基本自然规律不同，阿伏伽德罗常数其实并不对应哪个自然规律。真要说有对应的，那也不是它，而是元素周期表上的“相对原子质量”。最初，科学家在研究化学反应时发现了“配比定律”，比如氢气和氧气要完全反应，它们的质量正好满足1:8的比例关系。科学家自然想到，我们规定某一种元素的原子质量为一个单位，再利用化学反应测定其他元素与该元素完全反应的配比，得到的不正是一套“相对原子质量”关系吗？由于早期最容易测定元素化合反应的试剂是氧气，人们就以氧原子为基准，制定了最早的相对原子质量表。那个时候（19世纪前期）的化学计算就和我们初中时的风格差不多——先列方程式：2H2+O2=2H2O，查原子量表，O是100（这是最早的规定），H是6.25，如果有1gH2，列方程2*6.25*2/1=2*100/x，解出x值即为所需氧气的质量。

到了19世纪后期，有一个法国科学家让·佩兰提出：每次这么列方程式算结果太繁琐了，我们为什么不直接把基准原子和宏观的质量单位挂钩呢？他的想法是：我们规定1g的氧所包含的氧原子数量是个准数，根据当时原子量表的测定，氢的相对原子质量是氧的1/16，那么，这个准数个氧原子是1g，这个准数个氢原子就一定是1/16g，这样就可以把原子量和宏观物质质量完美挂钩了。于是，让·佩兰把这个数称为“阿伏伽德罗常数”，为了纪念发现阿伏伽德罗定律，奠定相对原子质量测定的科学依据的阿伏伽德罗（所以这个数并不是阿伏伽德罗本人定义的）。但是，成天说“阿伏伽德罗常数个”太拗口，让·佩兰最初把它叫做“克分子”，后来科学界把“molecule”一词的前半部分抽出来，重新起了一个名字“mole”，这个词就等于“阿伏伽德罗常数个”。

所以，阿伏伽德罗常数本身只是针对选取的某一个人为基准设立的规定，你把基准元素换成氧、氢、碳，把基准质量换成1克、1磅、1斤，得到的数值都会不一样。甚至就连最初通过化学反应发现的配比定律，在20世纪人们发现氧元素存在同位素后也已经不够准确。于是，后来科学界把基准换成了12C，把原子质量基准定成12C的十二分之一，这个形式的阿伏伽德罗常数已经仅仅是个规定了。说“阿伏伽德罗‘常数’是12g碳12所含原子数”，就跟说2是“1+1常数”一样，硬要这么说，它确实是个“constant”，但这比较像句废话。

只是说，阿伏伽德罗常数这个数实在太大，人类现有的能力无法把它直接表示到个位数。人类实际在做的是：用一个宏观的测量基准来尽可能准确地测量各种微观物理量（原子、分子、电荷），再尝试将得到的“宏观/微观”比例换算到用原子质量定义的阿伏伽德罗常数上。从爱因斯坦定量描述布朗运动，提供阿伏伽德罗常数的精确测量方法开始，测阿伏伽德罗常数和测原子量两项工作其实就已经分道扬镳了。所以即便阿伏伽德罗常数曾经是用12C定义的，但真正测量时使用的根本就不是碳，而是硅，测的也不是质量，而是体积。这一次修改使用的阿伏伽德罗常数数值，就是用X射线晶体密度法加高纯度的单晶硅球得到的。

所以修改阿伏伽德罗常数定义的基本出发点就是，如果我们能在国际单位制的体系下测量出一个足够可靠的“宏观/微观”量度比例值，我们就直接把它规定成一个“宏观/微观转换数”，而不再依赖某个特定的物理量，比如质量。不过，周期表上的原子量，以及基本原子质量单位依然是由12C定义的，只是阿伏伽德罗常数不仅能表示原子，还应该能用在电、热、光等一切领域，表示宏观与微观的换算。理论上，这个“宏观/微观转换数”可以是任何数，但我们要保证我们使用的数不会改变人们过去科学研究的结果，所以我们不能随便定一个数，而是得基于过去的条件，并且基于严格定义的质量单位“千克”的体系，给出一个把对现有的科学数据影响最小的建议值。

参考阅读：

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