11月16日,第26屆國際計量大會(CGPM)經包括中國在內的各成員國表決,全票通過了關於“修訂國際單位製(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,於2019年5月20日起正式生效。
這是國際測量體係有史以來第一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裏程碑。
SI修訂的影響
國際單位製(SI)是全球一致認可的測量體係。其起源可以追溯至1875年——17國簽署《米製公約》並正式同意推行統一的國際測量體係。
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,國際單位製必須確保所有日常使用的測量單位,在全球範圍內都是可比的、一(yi)致(zhi)的(de)。時(shi)間(jian)的(de)測(ce)量(liang)相(xiang)差(cha)零(ling)點(dian)幾(ji)秒(miao)鍾(zhong),也(ye)許(xu)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)烹(peng)調(tiao)口(kou)感(gan),但(dan)對(dui)於(yu)誰(shui)贏(ying)得(de)了(le)奧(ao)運(yun)會(hui)的(de)百(bai)米(mi)短(duan)跑(pao)冠(guan)軍(jun)或(huo)高(gao)頻(pin)的(de)股(gu)票(piao)市(shi)場(chang)交(jiao)易(yi)卻(que)是(shi)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)。
“‘米製’在創立時的願景即是‘為全人類所用,在任何時代適用’。其初衷是用一種全球一致的‘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。”國際計量委員會主席白瑞·英格裏斯表示。
正如國際計量局局長馬丁·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麵的基礎更加堅實了。盡管從表麵而言,大多數人並不會看到太大變化。“這(zhe)好(hao)比(bi)你(ni)給(gei)房(fang)子(zi)換(huan)了(le)一(yi)個(ge)更(geng)堅(jian)固(gu)的(de)地(di)基(ji),從(cong)表(biao)麵(mian)上(shang)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)看(kan)到(dao)任(ren)何(he)變(bian)化(hua)的(de),但(dan)它(ta)可(ke)能(neng)已(yi)經(jing)發(fa)生(sheng)了(le)實(shi)質(zhi)性(xing)的(de)變(bian)化(hua),使(shi)房(fang)子(zi)變(bian)得(de)更(geng)耐(nai)久(jiu)了(le)。”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並不知道它可以用在哪裏。但現在,基於原子鍾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。”
那麼,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。
實物原器退出曆史舞台
隨著SI修訂的生效,世界上最重要的一塊鉑銥合金圓柱體——國際千克原器(IPK)將成為千克定義的曆史。這件為世界科技服役近130年的實物原器,將繼續完美保存,為新定義的相關研究和國際比對發揮“餘熱”。
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重新定義千克後,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、損壞可能給全球質量量值統一帶來的毀滅性災難。”。
“基於新定義的千克可以在極大、極小值的全範圍內,保持相同的不確定度。”國際計量委員會副主席、單位製谘詢委主席約阿希姆·烏爾裏希表示,“這對於科學研究和工業應用而言都非常重要。”
中國對國際單位製修訂的貢獻
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單位先後經曆了修訂。2005年,國際計量委員起草了關於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,並鼓勵有能力的國家級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國家計量院,始終緊跟國際計量科學前沿,並在SI基本單位複現新理論、新方法等方麵持續開展研究。截至目前,中國計量院已在玻爾茲曼常數、普pu朗lang克ke常chang數shu和he阿e佛fo加jia德de羅luo常chang數shu等deng物wu理li常chang數shu測ce量liang以yi及ji量liang子zi基ji準zhun的de建jian立li方fang麵mian取qu得de了le係xi列lie突tu破po。特te別bie是shi該gai院yuan利li用yong聲sheng學xue法fa和he噪zao聲sheng法fa兩liang種zhong方fang法fa測ce得de的de玻bo爾er茲zi曼man常chang數shu,為weiSI溫度基本單位開爾文的修訂做出了重要貢獻。
另據國際計量局官方聲明顯示,國際計量局將在千克重新定義後繼續開展關於千克複現基準方法的國際比對,並得出千克的國際“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於新定義的千克複現裝置,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國際等效一致。
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國際計量變革的重大機遇,加強麵向國家戰略需求的計量基礎研究、前沿性研究,製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係,為建設製造強國、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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