實物原器退出歷史舞臺 單位制SI迎來歷史性變革

實物原器退出歷史舞臺 單位制SI迎來歷史性變革

11月16日，第26屆計量大會（CGPM）經包括中國在內的各成員國表決，全票通過了關于“修訂單位制（SI）”的1號決議。根據決議，千克、安培、開爾文和摩爾等4個SI基本單位的定義將改由常數定義，于2019年5月20日起正式生效。

這是測量體系有史以來次全部建立在不變的常數上，保證了SI的長期穩定性和環宇通用性。就像1967年秒定義的修訂使我們在今天擁有了GPS和互聯網技術一樣，新SI將在未來對科學、技術、貿易、健康、環境以及更多領域產生深遠影響。可以說，SI的修訂是科學進步的一座里程碑。

SI修訂的影響

單位制（SI）是一致認可的測量體系。其起源可以追溯至1875年——17國簽署《米制公約》并正式同意推行統一的測量體系。

SI由7個基本單位以及許多導出單位組成。SI單位可以表示任何領域的測量結果，如物體的物理尺寸、溫度和時間等。

無論是米還是秒，單位制必須確保所有日常使用的測量單位，在范圍內都是可比的、一致的。時間的測量相差零點幾秒鐘，也許不會影響烹調口感，但對于誰贏得了奧運會的百米短跑或高頻的股票市場交易卻是非常重要的。

“‘米制’在創立時的愿景即是‘為*所用，在任何時代適用’。其初衷是用一種一致的‘常數’而非某種主觀的標準來定義單位，而這一點隨著SI的修訂真正成為了現實。”計量委員會前主席白瑞·英格里斯表示。

正如計量局局長馬丁·米爾頓在公開發表的聲明中所說，此次SI的修訂，用基本常數作為我們認識和定義質量、時間等自然界基本概念的基礎，意味著我們在深化科學認知、推動技術進步、解決許多社會重大挑戰方面的基礎更加堅實了。盡管從表面而言，大多數人并不會看到太大變化。“這好比你給房子換了一個更堅固的地基，從表面上是不可能看到任何變化的，但它可能已經發生了實質性的變化，使房子變得更耐久了。”馬丁·米爾頓說，“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。但現在，基于原子鐘的計時技術已成為互聯網、移動通信和衛星導航等技術的基礎。新SI也是這樣，它將在未來對科學、技術、貿易、健康、環境以及更多領域產生深遠影響。”

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

實物原器退出歷史舞臺

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年的實物原器，將繼續保存，為新定義的相關研究和比對發揮“余熱”。

據中國計量院從事質量新定義研究的李正坤研究員介紹，“用基本物理常數普朗克常數h重新定義千克后，質量基本單位更加穩定，量值傳遞更加可靠，我們不必再考慮IPK質量是否發生變化，更不必擔心IPK丟失、損壞可能給質量量值統一帶來的毀滅性災難。”。

“基于新定義的千克可以在極大、極小值的全范圍內，保持相同的不確定度。”計量委員會副主席、單位制咨詢委主席約阿希姆·烏爾里希表示，“這對于科學研究和工業應用而言都非常重要。”

中國對單位制修訂的貢獻

早在20世紀中葉，隨著量子技術的發展，人類對各種物理量的測量準確度得到了極大的提高，時間、長度的SI單位先后經歷了修訂。2005年，計量委員起草了關于采用基本物理常數重新定義部分SI基本單位的框架草案，建議采用普朗克常數定義千克等，并鼓勵有能力的實驗室開展相關研究工作。

中國計量科學研究院作為我國的，始終緊跟計量科學前沿，并在SI基本單位復現新理論、新方法等方面持續開展研究。截至目前，中國計量院已在玻爾茲曼常數、普朗克常數和阿佛加德羅常數等物理常數測量以及量子基準的建立方面取得了系列突破。特別是該院利用聲學法和噪聲法兩種方法測得的玻爾茲曼常數，為SI溫度基本單位開爾文的修訂做出了重要貢獻。

另據計量局聲明顯示，計量局將在千克重新定義后繼續開展關于千克復現基準方法的比對，并得出千克的“共識值”，各成員國應據此開展量值傳遞。據悉，中國計量院已獨立建立了基于新定義的千克復現裝置，其不確定度將達到與“共識值”相當的水平，以保障未來我國質量量值與等效一致。

市場監管總局有關負責人表示，中國計量界將緊緊抓住這次計量變革的重大機遇，加強面向國家戰略需求的計量基礎研究、前沿性研究，制定量子化時代的中國計量發展戰略，加快構建國家現代先進測量體系，為建設制造強國、質量強國提供強有力的支撐和保障，更好地發揮計量對提升國家核心競爭力的重要作用。

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