計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)迎來(lái)新紀(jì)元

第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)了關(guān)于“修訂國(guó)際單位制”的決議。根據(jù)決議，國(guó)際單位制基本單位中的千克、安培、開(kāi)爾文、摩爾分別改由普朗克常數(shù)、基本電荷常數(shù)、玻爾茲曼常數(shù)、阿佛加德羅常數(shù)定義。決議將于下一個(gè)國(guó)際計(jì)量日即2019年5月20日正式生效。

盡管這些單位的大小不會(huì)發(fā)生變化——1千克還是原來(lái)的1千克，但修訂后的4個(gè)單位將與秒、米和坎德拉一起，共同提高國(guó)際單位制的整體穩(wěn)定性和實(shí)用性。

實(shí)物原器將退出歷史舞臺(tái)

國(guó)際測(cè)量界一直致力于建立一個(gè)“全球通用”的測(cè)量系統(tǒng)，用實(shí)物作為測(cè)量基準(zhǔn)雖是可行的方式，但也是測(cè)量界想要盡早摒棄的方式。

值得注意的是，這次修改重寫(xiě)了“大K”的命運(yùn)（“1千克”這一質(zhì)量單位由一個(gè)直徑和高度均約為39mm的鉑銥合金圓柱體定義，即“國(guó)際千克原器”，外號(hào)“大 K”）?！按?K”原器保存在巴黎西郊一間地下儲(chǔ)藏室內(nèi)。

法國(guó)塞夫勒的國(guó)際度量衡局（BIPM）每隔40年左右就會(huì)把“大K”取出來(lái)，在世界各地校準(zhǔn)重量。但其質(zhì)量受空氣污染和氧化等因素影響出現(xiàn)了細(xì)微變化，已難以適應(yīng)現(xiàn)代精密測(cè)量的要求。因此科學(xué)界一直想用一種基于物理常數(shù)的定義將其取代。

從2019年國(guó)際計(jì)量日開(kāi)始，“大K”將繼續(xù)以原有狀態(tài)被保存在法國(guó)塞夫勒的布勒特伊宮地下保險(xiǎn)箱內(nèi)，為新定義相關(guān)研究和國(guó)際比對(duì)發(fā)揮“余熱”，但它不再出現(xiàn)于任何物理公式中。

“用基本物理常數(shù)普朗克常數(shù)重新定義千克后，質(zhì)量基本單位更加穩(wěn)定，量值傳遞更加可靠，我們不必再考慮‘大K’質(zhì)量是否發(fā)生變化，更不必?fù)?dān)心因‘大K’丟失、損壞而可能給全球質(zhì)量量值統(tǒng)一帶來(lái)的毀滅性災(zāi)難?！敝袊?guó)計(jì)量院從事質(zhì)量新定義研究的研究員李正坤介紹。

在新定義生效前后，計(jì)量單位的大小不會(huì)發(fā)生顯著變化，也就是說(shuō)，1千克還是原來(lái)的1千克，測(cè)量結(jié)果在很高的準(zhǔn)確度水平上仍然是一致的。那么，這次修訂又有什么意義？

“這好比給房子換了一個(gè)更堅(jiān)固的地基，雖從表面上看不出任何變化，但它可能已經(jīng)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的轉(zhuǎn)變——使房子變得更牢固了。”BIPM局長(zhǎng)馬丁·米爾頓說(shuō)。

中國(guó)對(duì)國(guó)際單位制修訂的貢獻(xiàn)

早在20世紀(jì)中葉，隨著量子技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)各種物理量的測(cè)量準(zhǔn)確度得到了極大的提高，時(shí)間、長(zhǎng)度的國(guó)際單位先后經(jīng)歷了修訂。2005年，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)起草了關(guān)于采用基本物理常數(shù)重新定義部分國(guó)際單位制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(lì)有能力的國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展相關(guān)研究工作。

截至目前，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究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(cè)量以及量子基準(zhǔn)的建立方面取得了一系列突破，他們還利用聲學(xué)法和噪聲法兩種方法測(cè)得玻爾茲曼常數(shù)，為國(guó)際單位制溫度基本單位開(kāi)爾文的修訂做出了重要貢獻(xiàn)。

BIPM官方聲明顯示，該局將在千克重新定義以后繼續(xù)開(kāi)展關(guān)于千克復(fù)現(xiàn)基準(zhǔn)方法的國(guó)際比對(duì)，并得出千克的國(guó)際“共識(shí)值”。建有相關(guān)復(fù)現(xiàn)裝置的國(guó)家計(jì)量院必須在“共識(shí)值”的基礎(chǔ)上依據(jù)新定義進(jìn)行量值傳遞，直到其獨(dú)立復(fù)現(xiàn)的不確定度達(dá)到與“共識(shí)值”相當(dāng)?shù)乃健?/p>

中國(guó)計(jì)量院已獨(dú)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(cè)量和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞裝置，以保障未來(lái)我國(guó)質(zhì)量量值與國(guó)際等效一致。

國(guó)際單位制是全球一致認(rèn)可的測(cè)量體系，包括7個(gè)基本單位，分別是長(zhǎng)度單位“米”、質(zhì)量單位“千克”、時(shí)間單位“秒”、電流強(qiáng)度單位“安培”、熱力學(xué)溫度單位“開(kāi)爾文”、物質(zhì)的量單位“摩爾”和發(fā)光強(qiáng)度單位“坎德拉”。（據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)）

電視遙控器的誕生源自一個(gè)簡(jiǎn)單的原因——有人覺(jué)得電視廣告影響觀看，想讓廣告靜音。

在20世紀(jì)50年代的美國(guó)，Zenith電子公司的總裁尤金·F·麥克唐納給公司的工程師帶來(lái)了一個(gè)難題：他沒(méi)法耐著性子看完廣告，他想要一種可以讓廣告靜音或跳到另一個(gè)頻道的設(shè)備。就這樣，遙控器誕生了。

Zenith電子公司生產(chǎn)的這一顛覆式的設(shè)備被稱為Flashmatic，由工程師尤金·波利設(shè)計(jì)并發(fā)布于1955年。當(dāng)時(shí)，美國(guó)人癡迷于太空和現(xiàn)代設(shè)計(jì)風(fēng)格，所以Flashmatic看起來(lái)像是閃電俠用來(lái)對(duì)抗外太空威脅的工具。

在這之前，也有一些設(shè)備可以用來(lái)切換電視頻道，但它們需通過(guò)電線與電視連接。其中最著名的是Zenith電子公司推出的Lazy-Bones。它允許用戶打開(kāi)或關(guān)閉電視以及更換頻道，但無(wú)法讓討厭的商業(yè)廣告靜音。

Flashmatic沒(méi)有和電視連接，它帶有定向光源，并在電視屏幕的每個(gè)角落都裝有傳感器。通過(guò)按遙控器上的按鈕，觀眾可以把聲音調(diào)成靜音，向左或向右切換頻道。

然而，F(xiàn)lashmatic存在一個(gè)大問(wèn)題。屏幕角落的四個(gè)傳感器不僅對(duì)遙控器發(fā)出的光線敏感，對(duì)陽(yáng)光也很敏感，所以陽(yáng)光也能打開(kāi)電視或切換頻道。

Flashmatic的問(wèn)題促使Zenith電子公司開(kāi)始重新設(shè)計(jì)。這次則由電氣工程師和物理學(xué)家羅伯特·阿德勒負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。阿德勒摒棄了Flashmatic的光線切換技術(shù)，想出了一種讓遙控器與電視“交談”的新方法——使用聲音。

新設(shè)計(jì)的遙控器被稱為“太空司令部”，是一種超聲波遙控器，利用小錘敲擊遙控器內(nèi)部的鋁條，使它們按特定頻率響起，進(jìn)而打開(kāi)或關(guān)閉電視、改變頻道、讓電視靜音或取消靜音。

“太空司令部”看起來(lái)像電視劇《星際迷航》中的道具，只有四個(gè)凸起的按鈕，不像現(xiàn)在的遙控器，細(xì)長(zhǎng)的矩形面板上擠滿了數(shù)十個(gè)按鈕。這款產(chǎn)品開(kāi)辟了超聲波遙控器的時(shí)代，該技術(shù)在20世紀(jì)80年代得到了廣泛的應(yīng)用。

后來(lái)的電視遙控器不斷發(fā)生演變，功能越來(lái)越多，需求越來(lái)越大，這使設(shè)計(jì)人員不得不尋找其他遙控電視機(jī)的方法，如現(xiàn)在普遍使用的利用紅外線技術(shù)進(jìn)行遙控的遙控器。