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2019年世界計量日的主題是“國際單位制—根本性飛躍”。之所以選擇這個主題,是因為2018年11月16日國際計量大會通過了有關修訂國際單位制(SI)的決議——這有可能是SI自建立以來最重大的修訂之一。這一修訂是在對測量新方法,包括對利用量子現象的測量方法的研究基礎上實現的。現在,SI建立在與物理定律直接關聯的一系列定義之上,其優勢是可以隨時迎接測量科學與技術的新發展,滿足未來用戶的長遠需求。
放眼世界,各國國家計量院都在通過研究和驗證不同成熟度的新型測量技術,持續推動測量科學進步。各國計量院通過參與由國際計量局(BIPM)組織的比對來確保全球范圍測量結果的可靠性。BIPM還為成員國提供了一個共同應對測量新挑戰的交流平臺。國際法制計量組織(OIML)通過制定國際建議,實現多個領域相關要求的全球一致性和協調性。
“世界計量日”代表全人類肯定和頌揚所有工作在政府間組織和各國計量機構的計量工作者一年以來所做貢獻。
國際單位制(SI)是被世界各國普遍采用的單位制,適用于所有的測量應用。SI的目標之一是為測量提供長期穩定的基礎,但它本身并非一成不變,SI一直是一個既注重實際又不斷發展的動態體系,不斷運用最新科技成果完成自身的變革。
2018年11月,國際計量大會在凡爾賽召開。大會通過了SI自1960年創立以來最重大的變革。這使SI重新構建在我們當前對自然法則的最高認知上,同時消除了SI與基于實物原器的定義之間的關聯。“以量子現象建立基準”的測量新方法是此次變革的原動力,它使SI發生了根本變革。
2018年11月通過的SI變革,將于《米制公約》簽署的周年紀念日,即2019年5月20日“世界計量日”起正式生效。此次變革對未來的影響深遠,我們一直高度重視,以確保在變革生效之際,新定義與現行定義是兼容的。除了要求極高的用戶外,其他用戶將不會注意到此次變革引起的變化,但變革確實意味著:最終,溯源性的建立方式可能會發生改變。與此同時,協調全球測量儀器運行的工作也在不斷推進中,它將確保貿易界、工業界和消費者使用任何重量、長度及其它量時,不會感受到與變革前存在任何不同。
新定義“運用自然法則建立測量規則”,將原子和量子尺度的測量與宏觀層面的測量關聯起來,實現了“米制”的共同夙愿——為全球測量提供普遍適用的基礎。新定義還為未來的測量創新奠定了基礎,使秒、米、安培和開爾文定義利用原子和量子現象不斷提高準確度水平,達到人類觀測能力的極限。(供稿:市場監管總局計量司 中國計量科學研究院)
延伸閱讀——————
為什么要對SI基本單位進行重新定義
1.當前SI基本單位定義存在問題
現在計量單位的定義使用了多種方式,有實物原器,如國際千克原器(IPK);有特定的物理狀態,如開爾文的定義使用水的三相點;還有理想化的實驗方式,例如安培的定義;或自然常數,例如用光速來定義單位米。
對于日常規模的測量而言,目前的國際單位制定義已經足夠。但是,對現代科學中的極端場景來說,SI這套工具就很糟糕,而且單位定義在某個特定的量級上,則遠離的量級越遠不確定度越大。例如,目前,毫克量級的測量,其最小相對不確定度至少是千克量級測量的2500倍。開爾文的定義是基于水三相點的定義值,即冰、液態水和水蒸氣共存時的溫度(定義為273.16開爾文)。當測量與水三相點相差巨大的溫度時(比如在1500℃以上加工金屬),要想準確地測出這一溫度比水三相點相差多少,就變得異常困難。
為了實際使用,計量單位不僅需要被定義,而且為傳遞還必須物理上得到復現。如果單位的定義是理想狀態的,而要想按照定義復現它就存在諸多不便。例如,電流單位安培定義中的“無限長”“圓截面可忽略”等要素,在單位復現時都將引起難以克服的困難。
2.基于人工實物基準的單位定義存在弊端
就人工實物來說,定義和復現是等效的,這雖然簡單明了,但實物原器會發生變化以及被損傷和損壞。國際千克原器(IPK)從1889年起就可能開始產生未知的變化和漂移,但它卻一直保持著定義標準的地位,而且從世界各地到巴黎去溯源也是一項艱巨的任務。
3.對千克等單位重新定義的條件已經成熟
對計量單位的重新修訂,是人們對計量單位長期穩定性的訴求。如果能復現基本單位的具體技術手段,可以隨著科學技術的進步而不斷與時俱進,而基本單位的定義可以無需更改,那這樣的基本單位制將更加科學,也可在更長的時期內為人們服務。
對千克等單位的重新定義,也已經進行了多年的討論,2007年國際計量大會要求國際計量局及各國計量研究機構積極開展與SI基本單位重新定義有關的研究。經過無數計量學家的不懈努力,解決方案已相繼達到標準要求,而且根據現有經驗,自然常數的確定完全可以達到相應的準確度,對千克等單位重新定義的條件已經成熟。
計量單位量子化的影響
計量單位對人們日常生產生活的影響是潛移默化的。計量單位量子化定義后,人們的日常測量活動與以前沒有明顯不同,從超市中的電子秤到工業大尺寸坐標測量機, 再到實驗室中的全血細胞計數,定義修訂前后測量的數值都是一樣的。
但計量單位的量子化定義能保證SI單位的未來能力,為未來發展奠定基礎,所帶來的進步將會逐漸顯現出來。一是計量單位的量子化定義,能夠不斷通過提高測量水平來提高單位復現的準確度,而不需要改變單位的基本定義。二是實現國際計量基準的量子化、量值傳遞溯源的扁平化,將可形成先進的多級全球計量量值中心或區域計量中心并開展量值傳遞溯源。三是將有力支撐新一輪技術革命,引發一大批技術產業的革命性創新發展。四是基于自然物理常數的計量單位量子化定義,原則上可在整個宇宙范圍內通用,將引領人類的步伐邁向地球之外的廣闊空間。
追求精準,“進”無止境。精確度的每一步提升都引發了一場技術革命。計量單位的量子化,正改變著我們的未來,但永恒不變的是人類對精準的追求。