實(shí)物原器退出歷史舞臺(tái) 單位制SI迎來(lái)歷史性變革

11月16日，第26屆計(jì)量大會(huì)（CGPM）經(jīng)包括中國(guó)在內(nèi)的各成員國(guó)表決，全票通過(guò)了關(guān)于“修訂單位制（SI）”的1號(hào)決議。根據(jù)決議，千克、安培、開(kāi)爾文和摩爾等4個(gè)SI基本單位的定義將改由常數(shù)定義，于2019年5月20日起正式生效。

這是測(cè)量體系有史以來(lái)次全部建立在不變的常數(shù)上，保證了SI的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和環(huán)宇通用性。就像1967年秒定義的修訂使我們?cè)诮裉鞊碛辛薌PS和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣，新SI將在未來(lái)對(duì)科學(xué)、技術(shù)、貿(mào)易、健康、環(huán)境以及更多領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。可以說(shuō)，SI的修訂是科學(xué)進(jìn)步的一座里程碑。

SI修訂的影響

單位制（SI）是一致認(rèn)可的測(cè)量體系。其起源可以追溯至1875年——17國(guó)簽署《米制公約》并正式同意推行統(tǒng)一的測(cè)量體系。

SI由7個(gè)基本單位以及許多導(dǎo)出單位組成。SI單位可以表示任何領(lǐng)域的測(cè)量結(jié)果，如物體的物理尺寸、溫度和時(shí)間等。

無(wú)論是米還是秒，單位制必須確保所有日常使用的測(cè)量單位，在范圍內(nèi)都是可比的、一致的。時(shí)間的測(cè)量相差零點(diǎn)幾秒鐘，也許不會(huì)影響烹調(diào)口感，但對(duì)于誰(shuí)贏得了奧運(yùn)會(huì)的百米短跑或高頻的股票市場(chǎng)交易卻是非常重要的。

“‘米制’在創(chuàng)立時(shí)的愿景即是‘為*所用，在任何時(shí)代適用’。其初衷是用一種一致的‘常數(shù)’而非某種主觀的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義單位，而這一點(diǎn)隨著SI的修訂真正成為了現(xiàn)實(shí)。”計(jì)量委員會(huì)前主席白瑞·英格里斯表示。

正如計(jì)量局局長(zhǎng)馬丁·米爾頓在公開(kāi)發(fā)表的聲明中所說(shuō)，此次SI的修訂，用基本常數(shù)作為我們認(rèn)識(shí)和定義質(zhì)量、時(shí)間等自然界基本概念的基礎(chǔ)，意味著我們?cè)谏罨茖W(xué)認(rèn)知、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、解決許多社會(huì)重大挑戰(zhàn)方面的基礎(chǔ)更加堅(jiān)實(shí)了。盡管從表面而言，大多數(shù)人并不會(huì)看到太大變化。“這好比你給房子換了一個(gè)更堅(jiān)固的地基，從表面上是不可能看到任何變化的，但它可能已經(jīng)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變化，使房子變得更耐久了。”馬丁·米爾頓說(shuō)，“就像1967年用原子的特性修訂秒定義一樣——盡管在修訂之初人們并不知道它可以用在哪里。但現(xiàn)在，基于原子鐘的計(jì)時(shí)技術(shù)已成為互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信和衛(wèi)星導(dǎo)航等技術(shù)的基礎(chǔ)。新SI也是這樣，它將在未來(lái)對(duì)科學(xué)、技術(shù)、貿(mào)易、健康、環(huán)境以及更多領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。”

那么，此次SI的修訂，具體發(fā)生了哪些變化呢？那就是，千克（kg）、安培（A）、開(kāi)爾文（K）和摩爾（mol）將重新定義。這4個(gè)基本單位，千克將用普朗克常數(shù)（h）定義；安培將用電子電荷（e）定義；開(kāi)爾文將用玻爾茲曼常數(shù)（k）定義；摩爾將用阿伏伽德羅常數(shù)（NA）定義。

實(shí)物原器退出歷史舞臺(tái)

隨著SI修訂的生效，世界上重要的一塊鉑銥合金圓柱體——千克原器（IPK）將成為千克定義的歷史。這件為世界科技服役近130年的實(shí)物原器，將繼續(xù)保存，為新定義的相關(guān)研究和比對(duì)發(fā)揮“余熱”。

據(jù)中國(guó)計(jì)量院從事質(zhì)量新定義研究的李正坤研究員介紹，“用基本物理常數(shù)普朗克常數(shù)h重新定義千克后，質(zhì)量基本單位更加穩(wěn)定，量值傳遞更加可靠，我們不必再考慮IPK質(zhì)量是否發(fā)生變化，更不必?fù)?dān)心IPK丟失、損壞可能給質(zhì)量量值統(tǒng)一帶來(lái)的毀滅性災(zāi)難。”。

“基于新定義的千克可以在極大、極小值的全范圍內(nèi)，保持相同的不確定度。”計(jì)量委員會(huì)副主席、單位制咨詢委主席約阿希姆·烏爾里希表示，“這對(duì)于科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用而言都非常重要。”

中國(guó)對(duì)單位制修訂的貢獻(xiàn)

早在20世紀(jì)中葉，隨著量子技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)各種物理量的測(cè)量準(zhǔn)確度得到了極大的提高，時(shí)間、長(zhǎng)度的SI單位先后經(jīng)歷了修訂。2005年，計(jì)量委員起草了關(guān)于采用基本物理常數(shù)重新定義部分SI基本單位的框架草案，建議采用普朗克常數(shù)定義千克等，并鼓勵(lì)有能力的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展相關(guān)研究工作。

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院作為我國(guó)的，始終緊跟計(jì)量科學(xué)前沿，并在SI基本單位復(fù)現(xiàn)新理論、新方法等方面持續(xù)開(kāi)展研究。截至目前，中國(guó)計(jì)量院已在玻爾茲曼常數(shù)、普朗克常數(shù)和阿佛加德羅常數(shù)等物理常數(shù)測(cè)量以及量子基準(zhǔn)的建立方面取得了系列突破。特別是該院利用聲學(xué)法和噪聲法兩種方法測(cè)得的玻爾茲曼常數(shù)，為SI溫度基本單位開(kāi)爾文的修訂做出了重要貢獻(xiàn)。

另?yè)?jù)計(jì)量局聲明顯示，計(jì)量局將在千克重新定義后繼續(xù)開(kāi)展關(guān)于千克復(fù)現(xiàn)基準(zhǔn)方法的比對(duì)，并得出千克的“共識(shí)值”，各成員國(guó)應(yīng)據(jù)此開(kāi)展量值傳遞。據(jù)悉，中國(guó)計(jì)量院已獨(dú)立建立了基于新定義的千克復(fù)現(xiàn)裝置，其不確定度將達(dá)到與“共識(shí)值”相當(dāng)?shù)乃剑员Ｕ衔磥?lái)我國(guó)質(zhì)量量值與等效一致。

市場(chǎng)監(jiān)管總局有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，中國(guó)計(jì)量界將緊緊抓住這次計(jì)量變革的重大機(jī)遇，加強(qiáng)面向國(guó)家戰(zhàn)略需求的計(jì)量基礎(chǔ)研究、前沿性研究，制定量子化時(shí)代的中國(guó)計(jì)量發(fā)展戰(zhàn)略，加快構(gòu)建國(guó)家現(xiàn)代先進(jìn)測(cè)量體系，為建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、質(zhì)量強(qiáng)國(guó)提供強(qiáng)有力的支撐和保障，更好地發(fā)揮計(jì)量對(duì)提升國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要作用。

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