計量標(biāo)準(zhǔn)迎來新紀(jì)元

第26屆國際計量大會通過了關(guān)于“修訂國際單位制”的決議。根據(jù)決議，國際單位制基本單位中的千克、安培、開爾文、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。決議將于下一個國際計量日即2019年5月20日正式生效。

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

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

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

法國塞夫勒的國際度量衡局（BIPM）每隔40年左右就會把“大K”取出來，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年國際計量日開始， “大K”將繼續(xù)以原有狀態(tài)被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”，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)一帶來的毀滅性災(zāi)難?！?中國計量院從事質(zhì)量新定義研究的研究員李正坤介紹。

在新定義生效前后，計量單位的大小不會發(fā)生顯著變化，也就是說，1千克還是原來的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。那么，這次修訂又有什么意義？

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

早在20世紀(jì)中葉，隨著量子技術(shù)的發(fā)展，人類對各種物理量的測量準(zhǔn)確度得到了極大的提高，時間、長度的國際單位先后經(jīng)歷了修訂。2005年，國際計量委員會起草了關(guān)于采用基本物理常數(shù)重新定義部分國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，并鼓勵有能力的國家級實驗室開展相關(guān)研究工作。

截至目前，中國計量科學(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得玻爾茲曼常數(shù)，為國際單位制溫度基本單位開爾文的修訂做出了重要貢獻。

BIPM官方聲明顯示，該局將在千克重新定義以后繼續(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)新定義進行量值傳遞，直到其獨立復(fù)現(xiàn)的不確定度達到與“共識值”相當(dāng)?shù)乃健?/p>

中國計量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，以保障未來我國質(zhì)量量值與國際等效一致。

國際單位制是全球一致認(rèn)可的測量體系，包括7個基本單位，分別是長度單位“米”、質(zhì)量單位“千克”、時間單位“秒”、電流強度單位“安培”、熱力學(xué)溫度單位“開爾文”、物質(zhì)的量單位“摩爾”和發(fā)光強度單位“坎德拉”。（據(jù)中國科學(xué)報）