实物原器退出历史舞台 单位制SI迎来历史性变革

实物原器退出历史舞台 单位制SI迎来历史性变革

11月16日，第26届计量大会（CGPM）经包括中国在内的各成员国表决，全票通过了关于“修订单位制（SI）”的1号决议。根据决议，千克、安培、开尔文和摩尔等4个SI基本单位的定义将改由常数定义，于2019年5月20日起正式生效。

这是测量体系有史以来次全部建立在不变的常数上，保证了SI的长期稳定性和环宇通用性。就像1967年秒定义的修订使我们在今天拥有了GPS和互联网技术一样，新SI将在未来对科学、技术、贸易、健康、环境以及更多领域产生深远影响。可以说，SI的修订是科学进步的一座里程碑。

SI修订的影响

单位制（SI）是一致认可的测量体系。其起源可以追溯至1875年——17国签署《米制公约》并正式同意推行统一的测量体系。

SI由7个基本单位以及许多导出单位组成。SI单位可以表示任何领域的测量结果，如物体的物理尺寸、温度和时间等。

无论是米还是秒，单位制必须确保所有日常使用的测量单位，在范围内都是可比的、一致的。时间的测量相差零点几秒钟，也许不会影响烹调口感，但对于谁赢得了奥运会的百米短跑或高频的股票市场交易却是非常重要的。

“‘米制’在创立时的愿景即是‘为*所用，在任何时代适用’。其初衷是用一种一致的‘常数’而非某种主观的标准来定义单位，而这一点随着SI的修订真正成为了现实。”计量委员会前主席白瑞·英格里斯表示。

正如计量局局长马丁·米尔顿在公开发表的声明中所说，此次SI的修订，用基本常数作为我们认识和定义质量、时间等自然界基本概念的基础，意味着我们在深化科学认知、推动技术进步、解决许多社会重大挑战方面的基础更加坚实了。尽管从表面而言，大多数人并不会看到太大变化。“这好比你给房子换了一个更坚固的地基，从表面上是不可能看到任何变化的，但它可能已经发生了实质性的变化，使房子变得更耐久了。”马丁·米尔顿说，“就像1967年用原子的特性修订秒定义一样——尽管在修订之初人们并不知道它可以用在哪里。但现在，基于原子钟的计时技术已成为互联网、移动通信和卫星导航等技术的基础。新SI也是这样，它将在未来对科学、技术、贸易、健康、环境以及更多领域产生深远影响。”

那么，此次SI的修订，具体发生了哪些变化呢？那就是，千克（kg）、安培（A）、开尔文（K）和摩尔（mol）将重新定义。这4个基本单位，千克将用普朗克常数（h）定义；安培将用电子电荷（e）定义；开尔文将用玻尔兹曼常数（k）定义；摩尔将用阿伏伽德罗常数（NA）定义。

实物原器退出历史舞台

随着SI修订的生效，世界上重要的一块铂铱合金圆柱体——千克原器（IPK）将成为千克定义的历史。这件为世界科技服役近130年的实物原器，将继续保存，为新定义的相关研究和比对发挥“余热”。

据中国计量院从事质量新定义研究的李正坤研究员介绍，“用基本物理常数普朗克常数h重新定义千克后，质量基本单位更加稳定，量值传递更加可靠，我们不必再考虑IPK质量是否发生变化，更不必担心IPK丢失、损坏可能给质量量值统一带来的毁灭性灾难。”。

“基于新定义的千克可以在极大、极小值的全范围内，保持相同的不确定度。”计量委员会副主席、单位制咨询委主席约阿希姆·乌尔里希表示，“这对于科学研究和工业应用而言都非常重要。”

中国对单位制修订的贡献

早在20世纪中叶，随着量子技术的发展，人类对各种物理量的测量准确度得到了极大的提高，时间、长度的SI单位先后经历了修订。2005年，计量委员起草了关于采用基本物理常数重新定义部分SI基本单位的框架草案，建议采用普朗克常数定义千克等，并鼓励有能力的实验室开展相关研究工作。

中国计量科学研究院作为我国的，始终紧跟计量科学前沿，并在SI基本单位复现新理论、新方法等方面持续开展研究。截至目前，中国计量院已在玻尔兹曼常数、普朗克常数和阿佛加德罗常数等物理常数测量以及量子基准的建立方面取得了系列突破。特别是该院利用声学法和噪声法两种方法测得的玻尔兹曼常数，为SI温度基本单位开尔文的修订做出了重要贡献。

另据计量局声明显示，计量局将在千克重新定义后继续开展关于千克复现基准方法的比对，并得出千克的“共识值”，各成员国应据此开展量值传递。据悉，中国计量院已独立建立了基于新定义的千克复现装置，其不确定度将达到与“共识值”相当的水平，以保障未来我国质量量值与等效一致。

市场监管总局有关负责人表示，中国计量界将紧紧抓住这次计量变革的重大机遇，加强面向国家战略需求的计量基础研究、前沿性研究，制定量子化时代的中国计量发展战略，加快构建国家现代先进测量体系，为建设制造强国、质量强国提供强有力的支撑和保障，更好地发挥计量对提升国家核心竞争力的重要作用。

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