11月16日,第26届国际计量大会(CGPM)经包括中国在内的各成员国表决,全票通过了关于“修订国际单位制(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。国际单位制SI迎来历史性变革。
此次SI的修订,具体变化就是,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。
这是国际测量体系有史以来第一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
国际单位制(SI)是全球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国际测量体系。
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,国际单位制必须确保所有日常使用的测量单位,在全球范围内都是可比的、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冠军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‘为全人类所用,在任何时代适用’。其初衷是用一种全球一致的‘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。”国际计量委员会主席白瑞·英格里斯表示。
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,世界上最重要的一块铂铱合金圆柱体——国际千克原器(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,将继续完美保存,为新定义的相关研究和国际比对发挥“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、损坏可能给全球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。”国际计量委员会副主席、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。”
中国对国际单位制修订的贡献
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,国际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,并鼓励有能力的国家级实验室开展相关研究工作。
另据国际计量局官方声明显示,国际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国际比对,并得出千克的国际“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国际等效一致。
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国际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。