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“Yes!” …… 53聲響亮的“Yes!”后， 法國巴黎的凡爾賽會議中心 爆發(fā)了長時間熱烈的掌聲， 國際測量界的百年夙愿， 在這一刻終于實現(xiàn)！ ▼ 國際測量體系有史以來第一次全部建立在不變的常數(shù)上，保證了國際單位制（SI）的長期穩(wěn)定性和全球通用性。 11月13-16日，第26屆國際計量大會(CGPM)在巴黎召開。巴黎時間11月16日13時左右，53個國際計量局（BIPM）正式成員國的代表（有一國沒來）聚首凡爾賽會議中心，為國際單位制（SI）修訂投出了他們莊嚴(yán)的一票。 經(jīng)各個成員國表決，最終通過了關(guān)于“修訂國際單位制（SI）”的1號決議。 根據(jù)決議 SI基本單位中的4個，即千克、安培、開爾文和摩爾分別改由普朗克常數(shù)h、基本電荷常數(shù)e、玻爾茲曼常數(shù)k和阿佛加德羅常數(shù)NA定義。這是SI自1960年創(chuàng)建以來最為重大的變革，是科學(xué)進(jìn)步的里程碑。 什么是SI？ 國際單位制（SI）是全球一致認(rèn)可的測量體系。它的起源可以追溯至1875年——17國簽署《米制公約》并正式同意推行統(tǒng)一的國際測量體系。 SI由7個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)域的測量結(jié)果，如物體的物理尺寸、溫度和時間等。無論是米還是秒，國際單位制必須確保所有日常使用的測量單位，在全球范圍內(nèi)都是可比的、一致的。時間的測量相差零點幾秒，也許不會影響意大利面的烹調(diào)口感，但對于誰贏得了奧運會的百米短跑冠軍或股票市場交易卻是非常重要的。 建立測量標(biāo)準(zhǔn)，不僅使測量結(jié)果具有一致性和準(zhǔn)確性，還可以幫助社會建立信任。舉例來說，我們每天都在使用“千克”。對“千克”定義后，我們就能知道商店所售食品的重量是多少，從而相信商店沒有缺秤少量。 為什么要修訂SI？ 自啟蒙時代起，國際測量界就致力于建立一個“全球通用”的測量系統(tǒng)。最早的時候，測量單位是基于實物或物質(zhì)的特性來定義的。比如，“米”最早就是用一根剛好1米長的金屬棒定義的；1889年工業(yè)革命時期，千克的定義是由物理實物來確定的，是一個鉑銥合金圓柱體。 但是，這些實物會隨時間推移或環(huán)境改變而變化，不能滿足當(dāng)今科學(xué)研究與技術(shù)應(yīng)用對測量準(zhǔn)確度的需要。上世紀(jì)以來，科學(xué)家們測量了自然界的基本常數(shù)，如光速和普朗克常數(shù)，準(zhǔn)確度越來越高。他們發(fā)現(xiàn)了這些常數(shù)比實物更加穩(wěn)定，并將這些常數(shù)的數(shù)值固定下來。這些自然常數(shù)不會發(fā)生變化，至少比實物穩(wěn)定一百萬倍。 千克也是SI單位制中最后一個仍由實物來定義的基本單位，千克原器的穩(wěn)定性一直頗受關(guān)注。近年來，用物理常數(shù)重新定義千克的呼聲也越來越多。 △△△國際千克原器 SI修訂后會有哪些變與不變？ 2019年5月20日， SI的新定義將正式生效。 此后， 將有哪些變化呢？ 國際千克原器——退出歷史舞臺，它將不再出現(xiàn)于任何物理公式中。這件為世界科技服役近130年的實物原器將繼續(xù)以原有狀態(tài)保存在法國塞夫勒的布勒特伊宮地下保險箱內(nèi)，為新定義相關(guān)研究和國際比對發(fā)揮“余熱”。 4個基本單位重新定義——千克 用普朗克常數(shù)（h）定義；安培 用電子電荷（e）定義；開爾文 用玻爾茲曼常數(shù)（k）定義；摩爾 用阿伏伽德羅常數(shù)（NA）定義。 SI的其他3個單位——秒（s）、米（m）和坎德拉（cd）的定義將保持不變，但是定義的表達(dá)方式會有一定改變，以與千克（kg）、安培（A）、開爾文（K）和摩爾（mol）的新定義的表達(dá)方式保持一致。 其它22個具有特殊名稱和符號的導(dǎo)出單位——在修訂后的SI中，它們將保持不變。SI修訂對實踐的影響——從表面上看，看似沒有太大變化。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(jīng)發(fā)生了實質(zhì)性的變化，房子更加耐用了。這些變化是為了保證SI單位制將經(jīng)受住時間的考驗，不管未來技術(shù)如何發(fā)展，其定義將始終保持不變。 中國對SI修訂的貢獻(xiàn) △△△中國計量科學(xué)研究院院長方向在大會上作報告 2005年，國際計量委員會起草了關(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，并鼓勵有能力的國家級實驗室開展相關(guān)研究工作。 中國計量科學(xué)研究院作為我國的國家計量院，始終緊跟國際計量科學(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)開展研究。截至目前，該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得的玻爾茲曼常數(shù)，為SI溫度基本單位開爾文的修訂做出了重要貢獻(xiàn)。 在全球科學(xué)家們的努力下，用于SI新定義的常數(shù)被精心設(shè)計在“剛剛好”的數(shù)值上，因此，在新定義生效前后，單位的大小不會發(fā)生顯著變化——1千克還將是原來的1千克——測量結(jié)果在很高的準(zhǔn)確度水平上仍然是一致的。 另據(jù)國際計量局官方聲明顯示，國際計量局將在千克重新定以后繼續(xù)開展關(guān)于千克復(fù)現(xiàn)基準(zhǔn)方法的國際比對，并得出千克的國際“共識值”。建有相關(guān)復(fù)現(xiàn)裝置的國家計量院必須在“共識值”的基礎(chǔ)上依據(jù)新定義進(jìn)行量值傳遞，直到其獨立復(fù)現(xiàn)的不確定度達(dá)到與“共識值”相當(dāng)?shù)乃?。而其它不能獨立?fù)現(xiàn)千克的成員國，則可以通過國際計量局的校準(zhǔn)服務(wù)實現(xiàn)質(zhì)量量值對SI的溯源。 中國計量科學(xué)研究院已獨立建立了基于新定義的千克復(fù)現(xiàn)裝置，并成功研制了真空質(zhì)量測量和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞裝置，可以保障未來我國質(zhì)量量值與國際等效一致。 △△△中國計量科學(xué)研究院能量天平（局部） ▼ 此次大會上， 中國計量科學(xué)研究院副院長段宇寧作為中國候選人連任國際計量委員會委員職務(wù)， 市場監(jiān)管總局計量司司長謝軍當(dāng)選國際計量委員會選舉委員會委員。 這將增強(qiáng)我國在國際組織高層的話語權(quán)和決策權(quán)，提升中國計量地位，爭取更大國家利益。 年代表 ——國際單位制發(fā)展史上的大事件 1795 4月17日 法國大革命時期，法國立法創(chuàng)建了米制。 1799 6月22日 米和千克的兩臺鉑金標(biāo)準(zhǔn)器，保存在法國國家檔案館。 1832 卡爾·弗里德里?！じ咚梗ǖ聡锢韺W(xué)家）基于毫米、毫克和秒，提出“絕對”單位制。 1869 9月1日 拿破侖三世時期，建立了國際科學(xué)委員會，旨在宣傳米制測量，促進(jìn)貿(mào)易發(fā)展，便于各國之間開展測量結(jié)果比對。同時，國際米原器也應(yīng)運而生。 1869 11月16日 法國政府邀請各國加入國際科學(xué)委員會。 1870 國際米制委員會成立，并召開首次會議。 1872 國際米制委員會下屬的基礎(chǔ)研究委員會決定，制作標(biāo)準(zhǔn)原器的復(fù)制裝置，這些原器均保存在法國國家檔案館。 1874 英國科學(xué)發(fā)展協(xié)會提出CGS單位制，即基于厘米、克和秒的單位制。 1875 5月20日 17國共同簽署《米制公約》，并在其框架下成立了國際計量大會（CGPM）、國際計量委員會（CIPM）和國際計量局（BIPM）。CGPM旨在討論并決定有關(guān)單位制修訂的事項。CIPM負(fù)責(zé)審核有關(guān)單位制的各項討論和建議，并監(jiān)督BIPM的日常工作。BIPM主要承擔(dān)行政工作和保管國際原器標(biāo)準(zhǔn)裝置。當(dāng)時就MKS單位制達(dá)成一致，與CGS單位制類似，其包含米、千克和秒三個基本單位。其中，米和千克均是基于實物來定義，秒是基于天文秒來定義。 1889 第1屆國際計量大會通過了米和千克的新國際原器。 1901 喬凡尼·喬治（意大利工程學(xué)家）向意大利電工協(xié)會提出一種新的單位制，建議將電學(xué)單位納入到MKS單位制中，成為繼千克、米和秒之后的第四個基本單位。 1921 對《米制公約》進(jìn)行修訂，以擴(kuò)大BIPM在計量新領(lǐng)域的業(yè)務(wù)活動。 1927 CIPM建立國際電能咨詢委員會（CCE），即現(xiàn)在的國際電磁咨詢委員會（CCEM）。這也是CIPM建立的第一個專業(yè)領(lǐng)域的國際咨詢委員會。 1935 國際電工委員會（IEC）開始采用MKS單位制。 1939 國際電能咨詢委員會推薦采用基于米、千克和秒的MKS單位制。 1946 CIPM通過MKS單位制（米、千克和秒），代替之前在用的電學(xué)單位制——“國際制”。這一舉措早在1933年就開始計劃，是創(chuàng)建SI的第一步。 1948 第9屆國際計量大會提出，CIPM應(yīng)開展國際調(diào)研，然后基于研究結(jié)果，為建立統(tǒng)一實用的測量單位制而提供建議，且單位制在全球適用。 1954 CGPM決定，分別將安培、開爾文和坎德拉列為電流、熱力學(xué)溫度和發(fā)光強(qiáng)度的基本單位。 1960 第11屆CGPM將包含六個基本單位的單位制命名為國際單位制（SI），即：米、千克、秒、安培、開爾文和坎德拉。此次會議還采用了米的新定義。 1967 秒被重新定義為“原子秒”，這一定義是基于銫原子的特性。 1971 第14屆CGPM將摩爾（物質(zhì)的量的基本單位）列為SI基本單位之一。 1979 從單色輻射的角度，坎德拉被重新定義。 1983 米的定義為光在真空中于1/299 792 458秒內(nèi)行進(jìn)的距離，這是SI中的基本單位首次以基本常數(shù)——光速來定義。 1990 基于量子現(xiàn)象，歐姆和伏特均采用新的實用約定值。 2018 11月16日 SI中的四個基本單位，將基于物理常數(shù)重新定義。因此，1990年約定值也將不再使用。 2019 5月20日 新SI正式生效。 感謝中國計量科學(xué)研究院陳杭杭、蔡娟 |
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