我们在科学课上都学过，水在常压下的冰点是0°C或32°F。但究竟是哪个水呢？即使将所有溶解的盐和矿物质蒸馏掉，只得到纯H₂O，所有的H₂O也并不相同——对于最精确的温度测量，差异非常重要。这是问题所在：氢和氧的原子并不都是相同的。根据定义，单一元素的所有原子具有相同数量的质子，但它们可以有不同数量的中子，从而形成不同的同位素。我们需要知道在实验中使用每种同位素的量。首先，让我们看看氢和氧的同位素。氢有一个质子和零、一个或两个中子，形成其同位素氕、氘和氚。氧则有8个质子和8、9或10个中子，形成了命名不太生动的氧-16、氧-17和氧-18。同一元素的不同同位素表现相似，但不完全相同。高数目的氢和氧同位素较重且更加迟缓，因此它们在更高的温度下保持冻结。例如，含有氘和氧-18的水在约4°C或39°F时冻结。几乎所有的氢都是氕，但地球上每10,000个氢原子中就有1个是氘。氚是放射性的，其半衰期稍超过12年，因此地球上最初的氚已经全部消失了。少量（不到一千兆个氢原子中一个）是由宇宙射线和人类核活动产生的。地球上的氧主要是氧-16，但大约每500个氧原子中有1个是氧-18，约每3,000个是氧-17。即使这些小量也会使水的冰点提高约0.001摄氏度——完全在现代温度计可以测量的范围之内。那么我们可以只使用地球上自然存在的同位素比例的水吗？不幸的是，这些比例并不在地球上的所有水中保持不变。较重的同位素蒸发速度较慢，因此雨水比海水稍轻。1961年，斯克里普斯海洋研究所的哈蒙·克雷格提出了一种用于测量同位素浓度的标准水。这是基于地球海洋中每种同位素的平均数量，他称之为“标准平均海水”（SMOW）。不幸的是，加州理工学院的一些科学家很快会提出基于纽约州北部砂岩样本的自己的SMOW。这些相互冲突的标准在1966年的国际原子能机构会议上出现，那个小组非常关心同位素问题，并希望一次性解决这个混乱。他们决定采纳克雷格的标准，并让他准备一批使用大部分蒸馏自太平洋的水的SMOW作为官方国际标准。由于会议在维也纳举行，这个样本后来被称为“维也纳标准平均海水”（VSMOW）。他们还制作了另一种标准水样，旨在代表雨水。他们的样本是由融化的南极雪蒸馏而来，因此被称为“标准轻南极降水”（SLAP）。VSMOW是用于计量学的最官方水，其它所有标准（包括SLAP）都是以它为基准进行测量的。由于供应有限，因此目前5毫升小瓶的售价为159美元，换算成每加仑120,000美元。那么为什么还有人愿意为水支付这么多？拥有一个实际的、物理的标准意味着你可以用它来校准你的实验。今天，最精确的温度计是通过使用“三相点池”进行校准的，该装置在低压下使冰、液态水和水蒸气保持平衡。对于VSMOW，这种平衡只能在0.01°C时发生，仅在几百万分之一度之内。这个数值如此精确，以至于在2019年之前，它一直是开尔文温标的国际单位制定义，当时它是用热力学中的玻尔兹曼常数重新定义的。但是它仍然是最准确的实用方法。大多数三相点池并不直接含有VSMOW，但它们最终可以追溯到那原始的VSMOW容器。而你并不需要精密温度计就能知道这有多酷。——如果你喜欢这个博客，应该看看我新书！《实用人工智能问答书》包含1400多个关于AI的问题和答案，涵盖了过去、现在和未来——还有“如果……会怎么样”。你可以现在在书架上找到它。如果可以的话，去当地图书店买一本。