为什么国际标准要将一千克重量的定义与纯金挂钩？其原理是什么？

从未与纯金（黄金）挂钩过。这是一个常见的误解。

历史上，千克的定义确实基于一个实物基准，但那个实物是铂铱合金制成的，而不是纯金。

1. 历史上的定义（1889年 - 2019年）：国际千克原器

定义： 1千克被定义为存放在法国巴黎国际计量局保险库里的一个特定圆柱体（称为国际千克原器）的质量。
材料： 这个原器是由90%铂和10%铱的合金制成的。选择这种合金是因为：
- 高度稳定： 铂铱合金极其耐腐蚀、抗氧化，化学性质非常稳定，不容易与空气中的成分发生反应。
- 高密度： 密度高意味着体积相对较小，更容易精确制造和保存。
- 硬度高： 不易磨损。
原理： 这是一个实物基准。全世界所有国家的千克标准都是这个国际千克原器的复制品，通过精密比对来传递质量单位。其原理就是直接指定一个特定物体的质量作为标准。
问题： 实物基准最大的问题在于它可能发生变化。尽管铂铱合金非常稳定，但长期来看，表面可能吸附气体分子、灰尘或发生极其微小的磨损。更关键的是，2018年国际计量大会正式承认，经过一百多年的保存，国际千克原器与其官方复制品之间出现了可测量的微小差异（约几十微克）。这对于现代精密科学和工业来说是不可接受的。

2. 当前的定义（自2019年5月20日起）：基于基本物理常数

定义： 千克现在通过固定普朗克常数的数值来定义。
原理： 普朗克常数是一个基本物理常数，描述了量子力学中能量量子的大小，被认为在宇宙中是恒定不变的。
如何实现： 定义本身是固定普朗克常数 h 的值为 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s（焦耳秒）。实际测量千克质量是通过一种叫做基布尔秤（或瓦特天平）的精密仪器来实现的。基布尔秤的工作原理是将质量与普朗克常数联系起来：
- 它通过电磁力来平衡被测物体的重力。
- 电磁力的大小可以通过电学测量（测量电流、电压等）精确确定。
- 电学测量（电压、电阻等）可以通过量子效应（约瑟夫森效应、量子霍尔效应）追溯到基本物理常数（包括普朗克常数）。
- 因此，通过精确测量电流、电压等电学量，并利用已知的固定普朗克常数，就可以计算出被测物体的质量。
优点： 这种定义方式最大的优点是：
- 稳定性： 基本物理常数被认为是宇宙中恒定不变的，不受时间、地点或环境的影响。基于此的定义是绝对稳定的。
- 可复现性： 任何具备所需技术能力的实验室，都可以根据定义独立地复现千克，而不需要依赖一个保存在巴黎的实物原器。
- 普适性： 与宇宙的基本规律相关联，更具普遍意义。
- 精确性： 满足了现代科学和技术对计量精度日益提高的要求。