为什么把电子秤翻过来，不能测地球的重量？重量的意义到底是什么

记得上学的时候，老师讲卡文迪许利用扭秤实验测量地球质量的故事。当时有人自信地说：“那么费劲干嘛？把电子秤翻过来，不就可以测量地球质量了吗？”

相信不止有一个人曾经这样想过，但我们也都清楚地知道，这件事是非常荒谬的。那么，到底为什么这样不能测量地球的重量呢？重量的意义到底在哪里呢？

首先我们要知道，重量的本质是什么。

不论是电子秤还是其他的秤，说到底都是将一个物体放上去，通过重量形成的力将秤盘压下去，再通过电路或者是其他方式测量变化值，然后将变化值转换为对应的重量。所以说，这些秤直接测量的，其实是力。这个力的来源，就是被测物体的重力，而这个重力就是它与地球之间的引力的一个分量，与引力大小成正相关的关系。换句话说，这些秤所称量的，都是物体和地球之间的引力。

所以，不论你正着放秤，还是把它翻过来，物体和地球之间的引力是不会变的。如果你单纯地把秤翻过来，它所测量的就是它自己和地球之间的引力，也就是它自身的重力。

我们知道，不同的星球有着不同的引力。如果你在木星大气层上空，就会感受到更大的引力；如果是登陆到月球，就会感受到更小的引力。既然体重的测量就是来自于引力对秤的影响，那么很显然，如果你把秤拿到木星或者是月球上测量自己的重量，也会发现自己体重发生了变化。

别说是到其他星球了，即使是在地球的不同位置，你也会测出不同的重量来。

有这么一个故事：在人类完全认识地球形状之前，有一批商船从北方国家运到赤道附近。结果，明明说好的重量，到了赤道就变少了，赤道附近的商人就说这些运输公司不厚道。双方争执不下，但最后事实证明，运输公司没有做任何不厚道的事，只是由于地球不同位置的重力大小有所不同，这才导致了在不同地区测量的重量不同。

由此可见，对于生活在相对比较小的范围内的人来说，不会受到太大的影响；但是如果放眼到更大的范围内，重量这个参数就显得那么不合理，甚至有点荒谬。

因此，物理学上从来不谈一个物体的重量，而是用质量来描述。那么，质量又是什么呢？所谓的质量，就是表示一个物体所含物质的多少。或者说得夸张点，它代表的是一个物体内部含有微观粒子的多少。

质量的确是与重量使用同样的单位，而且你的质量和你的重量也差不多，但这只是因为我们生活在地球。不论你去火星还是去月球，你的重量会变化，但质量永远不变，因为你体内所包含的物质就那么多。因此，质量给我们提供了一个完美的借鉴，它不会随着环境的变化而变化，只是与物质本身有关。这对于物理学的计算来说，就有了绝对的意义。

接下来的问题是：我们要如何衡量质量呢？

我们刚才说了，质量的单位和重量一样，它的国际单位是克。那么，1克的质量是多少呢？我们不可能拿着一个苹果，就定义说克的定义就是这个苹果的多少分之一。因为，世界上没有两个完全一样的苹果，这个大一点，那个小一点，克的定义却不能随意更改。

在物理学上，很多基本单位的定义都经历了比较漫长的历程，最终才确定下一个方案的。比如长度的单位米，其定义就是光在真空中速度的1/299792458，这个定义虽然看起来有点复杂，但光在真空中的速度是绝对的，所以这个定义也使得米这个单位不会根据测量方法的不同而变化；另外，时间长度秒的定义，铯-133原子基态的两个超精细能阶之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9192631770倍 的时间，这个单位同样复杂，但也同样是绝对不变的，所以被沿用了下来。

（图片说明：铯原子）

可是，世界上没有什么物体的重量是绝对不变的，太阳通过核聚变释放能量，损失着自己的质量；地球也不断地吸收太阳的能量，也向外释放物质，质量也在不断变化。

无奈之下，科学家们只好自己造出来一个物体来定义克这个单位。1889，人们打造了一个铂铱圆柱体，称之为国际千克原器，简称大K。他们规定，这个大K的质量，就是1000克，它的1/1000就是克的定义。

不过说起来，这个定义也是有够草率。说得夸张点，如果大K丢了，天底下就没有人知道1克有多重了。另外，大K也不是每人都有一个，我们平时称量东西也不可能通过大K来计算。再者，由于微观粒子的运动是不可能停止的，所以绝对意义上来说，大K也不可能永远保持同样的质量，它也会有质量的损失或者增加。

好在，我们始终生活在地球上，通过重力加速度和重量的数据，也可以勉强计算出一个物体粗略的质量。或者通过其他的手段，我们也能够大致测量一个物体的质量。只不过，对于要求精细的物理学家来说，这个问题就比较麻烦。

不过，虽然宏观物体的质量会发生变化，但细小到微观粒子，化学反应的最小单位——原子，相对就比较稳定。因此，人们又规定：将18×14074481个碳-12原子的质量定义为1克。

后来，在2018年，在巴黎举办的国际计量大会重新规定：利用量子力学中的普朗克常数以及根据光速定义的长度单位，重新定义了克的单位。由于长度的单位米是绝对的，普朗克常数也是固定的，因此二者推导出的质量单位克也变成了绝对的数值，不会因为任何环境的变化而变化。

不论是米还是克，都是物理学上的最基本单位，除了这两个，还有时间单位秒、电流单位安培、热力学温度单位开尔文、物质的量单位摩尔以及发光强度单位坎德拉，这7个单位构成了物理学基本单位。通过这7个单位（或者说这7个数据），我们可以推导出其他任何参数来。比如速度可以用长度除以时间，能量等于质量乘以速度的平方（还有其他方法）等等。

物理学是一门探究世界本质的学科，物理学家们相信，虽然我们眼中看到的是花花世界，但追根溯源，都是由一些基本元素和原理构成的，它们通过不同方式的组合，就变成了大千世界。就像重量，只是我们看到的表象，其根本在于质量。

可以肯定，即使是今天的物理学家，也没有真的看清世界的本质。这个世界到底是由什么组成的，它的最基本的万有理论到底是怎样的，还有待于物理学家们的探索。