为什么水的密度刚好是 1.0×10³ 千克/米³？它是怎么规定的？
水的密度之所以定为 1.0×10³ 千克/米³，并非某种“恰好”的巧合，而是科学发展过程中，通过不断测量和约定俗成的结果。这背后其实涉及了历史、测量技术以及科学单位体系的演进。
追溯历史：从经验到科学定义
在古代，人们就已经观察到水的重量与体积之间的关系，并且利用水的体积来衡量其他物质的质量，比如早期的“度量衡”系统，很可能就参照了水的某些特性。然而，这些都是粗略的经验性认知。
随着科学的发展，特别是化学和物理学的兴起，人们开始更精确地测量物质的性质。到了18世纪末、19世纪初，法国的科学家们在制定米制单位（SI制的前身）时，就将水的密度作为一个重要的参考点。
早期测量与米的定义
在米制单位的早期构想中，有一位重要的科学家叫 加布里埃尔·莫蒂埃·德·拉格朗日（Gabriel Mouton）。他提出了一种以地球长度为基础的单位系统，并考虑到了水的密度。
后来，在法国大革命时期，米制单位的制定委员会，特别是 查尔斯·奥古斯丁·库仑（CharlesAugustin de Coulomb） 和 路易伯纳德·吉布斯（LouisBernard Guyton de Morveau） 等人，将米（meter）的长度定义为通过巴黎天文台子午线的四千万分之一。
在定义了“米”之后，一个自然的问题是如何定义“千克（kilogram）”，也就是质量的基本单位。当时的构想是将1升（liter）纯水的质量定义为1千克。
为什么是1升水？
1升水这个选择是有其便利性的。在当时已经有了体积单位“升”，而水的易得性、纯净性以及在常温常压下的相对稳定，使得它成为一个理想的参照物。
为何是1.0×10³ 千克/米³？
我们知道 1 升（liter）等于 0.001 立方米（cubic meter），或者说 1 立方米等于 1000 升。
如果按照早期设想，1 升水的质量是 1 千克，那么推导到 1 立方米水的质量，自然就是：
1000 升 × (1 千克 / 升) = 1000 千克
用科学记数法表示，就是 1.0×10³ 千克。
但是，事情并非如此简单，这个定义背后还有一些关键的细节和演变：
1. 特定温度和压力下的约定： 水的密度并非恒定不变，它会受到温度和压力的影响。当温度升高时，水会膨胀，密度会略微减小；当压力增加时，水的体积会受到压缩，密度会略微增大。因此，为了使这个定义具有普适性，科学家们需要选择一个特定的参考条件。
在18世纪末，正是基于对水的仔细测量，科学家们发现，在摄氏4度（3.98°C）时，水的密度最大。选择水的最大密度点作为定义基准，可以提高测量的精度和稳定性。
2. 千克的实际原型： 虽然最初的构想是“1升水等于1千克”，但在实际操作中，要制造一个精确到“1升水质量等于1千克”的实物标准器是非常困难的。这涉及到水的纯度、测量时的精确温度和压力控制，以及容器的精确体积测量。
因此，法国科学家们最终还是制造了一个由铂制造的实物原型，作为千克的质量标准。这个原型被命名为“千克原器”（International Prototype of the Kilogram, IPK）。虽然这个原器最初的制造目标是基于1升纯水的质量，但由于当时的测量精度限制，以及对“1升”体积的定义也并非完全精确到与水的最大密度相对应，因此这个实物原器的质量就成了1千克的定义。
3. 密度的数值来源： 随着测量技术的进步，人们发现，在标准大气压下，纯净的、不含溶解气体的水，在摄氏4度（精确来说是 3.98°C）时的密度最接近 1.0×10³ 千克/米³。
所以，虽然我们有了千克原器，但水的密度数值 1.0×10³ 千克/米³，是基于对纯水的反复精确测量得出的一个非常接近事实的数值。这个数值在当时的科学界被广泛接受和使用，因为它非常方便且具有很高的参考价值。
为什么不把“水的密度定义为1千克/升”？
理论上，科学界完全可以采取更“纯粹”的方式：直接将某种物质的特定属性（比如某块铂铱合金的质量）作为基本单位，然后定义其他单位。但这样做会带来一个问题：普通人很难接触和验证基本单位的真实性。
以水的密度作为参考，虽然有其测量上的挑战，但水的普遍存在性使得人们更容易理解和感知质量与体积的关系。而且，1千克/升（或1吨/立方米）的数值，也提供了一个非常直观的参考点，对于理解日常生活中的物质密度非常有帮助。
现代的定义演变
值得一提的是，随着科学的不断进步，2019年，国际度量衡大会（CGPM）对SI制单位进行了重新定义，不再依赖于实物原型（如千克原器），而是基于基本物理常数。
千克的定义现在是基于普朗克常数（Planck constant, h）。虽然这个定义更加精确和稳定，与水密度的约定已经不再直接关联，但是“1.0×10³ 千克/米³”这个数值，依然是我们描述纯水在特定条件下密度的一个非常精确且常用的近似值。
总结来说，水的密度刚好是 1.0×10³ 千克/米³，并非一个“天意”或者“巧合”，而是：
历史的选择： 在米制单位早期发展阶段，水因其易得性被选为质量定义的参考。
科学的测量： 通过不断精确的测量，发现纯水在摄氏4度时密度约为 1000 千克/立方米。
约定与便利： 这个数值非常方便记忆和使用，与千克单位的建立过程紧密相关。
科学的演进： 尽管SI单位的定义已经不再直接依赖于此，但这个数值仍然是我们描述水密度的一个重要且准确的近似值。
所以，当您看到水的密度是 1.0×10³ 千克/米³ 时，请理解这背后是人类探索自然、发展科学、制定单位体系的智慧结晶。
追溯历史：从经验到科学定义
在古代，人们就已经观察到水的重量与体积之间的关系，并且利用水的体积来衡量其他物质的质量，比如早期的“度量衡”系统，很可能就参照了水的某些特性。然而，这些都是粗略的经验性认知。
随着科学的发展，特别是化学和物理学的兴起，人们开始更精确地测量物质的性质。到了18世纪末、19世纪初，法国的科学家们在制定米制单位（SI制的前身）时，就将水的密度作为一个重要的参考点。
早期测量与米的定义
在米制单位的早期构想中，有一位重要的科学家叫 加布里埃尔·莫蒂埃·德·拉格朗日（Gabriel Mouton）。他提出了一种以地球长度为基础的单位系统，并考虑到了水的密度。
后来，在法国大革命时期，米制单位的制定委员会，特别是 查尔斯·奥古斯丁·库仑（CharlesAugustin de Coulomb） 和 路易伯纳德·吉布斯（LouisBernard Guyton de Morveau） 等人，将米（meter）的长度定义为通过巴黎天文台子午线的四千万分之一。
在定义了“米”之后，一个自然的问题是如何定义“千克（kilogram）”，也就是质量的基本单位。当时的构想是将1升（liter）纯水的质量定义为1千克。
为什么是1升水？
1升水这个选择是有其便利性的。在当时已经有了体积单位“升”，而水的易得性、纯净性以及在常温常压下的相对稳定，使得它成为一个理想的参照物。
为何是1.0×10³ 千克/米³？
我们知道 1 升（liter）等于 0.001 立方米（cubic meter），或者说 1 立方米等于 1000 升。
如果按照早期设想，1 升水的质量是 1 千克，那么推导到 1 立方米水的质量，自然就是：
1000 升 × (1 千克 / 升) = 1000 千克
用科学记数法表示，就是 1.0×10³ 千克。
但是，事情并非如此简单，这个定义背后还有一些关键的细节和演变：
1. 特定温度和压力下的约定： 水的密度并非恒定不变，它会受到温度和压力的影响。当温度升高时，水会膨胀，密度会略微减小；当压力增加时，水的体积会受到压缩，密度会略微增大。因此，为了使这个定义具有普适性，科学家们需要选择一个特定的参考条件。
在18世纪末，正是基于对水的仔细测量，科学家们发现，在摄氏4度（3.98°C）时，水的密度最大。选择水的最大密度点作为定义基准，可以提高测量的精度和稳定性。
2. 千克的实际原型： 虽然最初的构想是“1升水等于1千克”，但在实际操作中，要制造一个精确到“1升水质量等于1千克”的实物标准器是非常困难的。这涉及到水的纯度、测量时的精确温度和压力控制，以及容器的精确体积测量。
因此，法国科学家们最终还是制造了一个由铂制造的实物原型，作为千克的质量标准。这个原型被命名为“千克原器”（International Prototype of the Kilogram, IPK）。虽然这个原器最初的制造目标是基于1升纯水的质量，但由于当时的测量精度限制，以及对“1升”体积的定义也并非完全精确到与水的最大密度相对应，因此这个实物原器的质量就成了1千克的定义。
3. 密度的数值来源： 随着测量技术的进步，人们发现，在标准大气压下，纯净的、不含溶解气体的水，在摄氏4度（精确来说是 3.98°C）时的密度最接近 1.0×10³ 千克/米³。
所以，虽然我们有了千克原器，但水的密度数值 1.0×10³ 千克/米³，是基于对纯水的反复精确测量得出的一个非常接近事实的数值。这个数值在当时的科学界被广泛接受和使用，因为它非常方便且具有很高的参考价值。
为什么不把“水的密度定义为1千克/升”？
理论上，科学界完全可以采取更“纯粹”的方式：直接将某种物质的特定属性（比如某块铂铱合金的质量）作为基本单位，然后定义其他单位。但这样做会带来一个问题：普通人很难接触和验证基本单位的真实性。
以水的密度作为参考，虽然有其测量上的挑战，但水的普遍存在性使得人们更容易理解和感知质量与体积的关系。而且，1千克/升（或1吨/立方米）的数值，也提供了一个非常直观的参考点，对于理解日常生活中的物质密度非常有帮助。
现代的定义演变
值得一提的是，随着科学的不断进步，2019年，国际度量衡大会（CGPM）对SI制单位进行了重新定义，不再依赖于实物原型（如千克原器），而是基于基本物理常数。
千克的定义现在是基于普朗克常数（Planck constant, h）。虽然这个定义更加精确和稳定，与水密度的约定已经不再直接关联，但是“1.0×10³ 千克/米³”这个数值，依然是我们描述纯水在特定条件下密度的一个非常精确且常用的近似值。
总结来说，水的密度刚好是 1.0×10³ 千克/米³，并非一个“天意”或者“巧合”，而是：
历史的选择： 在米制单位早期发展阶段，水因其易得性被选为质量定义的参考。
科学的测量： 通过不断精确的测量，发现纯水在摄氏4度时密度约为 1000 千克/立方米。
约定与便利： 这个数值非常方便记忆和使用，与千克单位的建立过程紧密相关。
科学的演进： 尽管SI单位的定义已经不再直接依赖于此，但这个数值仍然是我们描述水密度的一个重要且准确的近似值。
所以，当您看到水的密度是 1.0×10³ 千克/米³ 时，请理解这背后是人类探索自然、发展科学、制定单位体系的智慧结晶。
网友意见
就是人为规定的。
公制单位的出现可以上溯到法国大革命，当时革命热情高涨的法国科学家们组成了一个委员会专门负责制定一个全新的度量衡系统。这个全新的度量衡系统完全采用十进制，并规定一米的长度是地球上从北极到赤道子午线长度的千万分之一，而1立方分米水的质量就是一千克。
但当时负责测量的那支队伍在测量过程中稍微出来一点点差错，导致一米的长度缩短了0.02mm。负责测量的那位科学家得知此事后懊悔不已，精神几乎濒临崩溃，最后他决定再次赴野外进行测量，结果在测量过程中不幸死于疟疾。
想要了解详细内容的可以参考一下这篇文章：
为什么陨石总落在坑里？
为什么蚊子总叮在包上？
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