实物原器退出历史舞台 国际单位制SI迎来历史性变革
XZKL1234 · 2018-11-17 10:45 · 65497 次点击
国际计量局局长马丁·米尔顿宣读决议
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。
大会表决现场
清洗千克基准(第43号千克基准)
拍摄于20世纪90年代,国际计量局供图
据国际计量局官方数据显示,IPK真正“面世”参加国际比对的次数仅有4次。100年间,各国保存的质量基准、国际计量局官方作证基准与IPK的一致性共发生了约0.05毫克的变化。但IPK质量究竟变化了多少至今仍然是个迷。
2003年参与国际比对后IPK被放回保险箱(国际计量局供图)
“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。”李正坤表示。
此外,IPK作为最高基准,量值只有1千克一种。从最高基准到具体的应用场所,量值要经过多次分解和传递,这会对量值准确性造成损失。
国际单位制(SI)的起源可以追溯至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。
自启蒙时代起,国际测量界就致力于建立一个“全球通用”的测量系统。用实物作为测量基准一直是一个可行的方式,但这也是测量界想要尽早摒弃的方式。SI的修订第一次使所有的基本单位和导出单位都建立在恒定不变、全球通用的常数上——国际测量界多年夙愿成为了现实。
此外,SI定义将第一次独立于它们的复现方式:这些定义不会随着更好的复现方式的出现而过时。以安培为例,其旧定义是“两条间隔一定距离的导线间的电磁作用力”,这意味着电流需要采用一定的复现方式来定义。但是,随着约瑟夫森效应和量子化霍尔效应的出现,旧的定义方式过时了。而安培的新定义则只和一定时间内通过的电子数有关,并不涉及复现方式。
加拿大/英国基布尔(功率)天平装置
德国阿佛加德罗法(X射线晶体密度法)复现千克装置
中国计量院能量天平装置(局部)
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。
中国计量科学研究院作为我国的国家计量院,始终紧跟国际计量科学前沿,并在SI基本单位复现新理论、新方法等方面持续开展研究。截至目前,中国计量院已在玻尔兹曼常数、普朗克常数和阿佛加德罗常数等物理常数测量以及量子基准的建立方面取得了系列突破。特别是该院利用声学法和噪声法两种方法测得的玻尔兹曼常数,为SI温度基本单位开尔文的修订做出了重要贡献。
单位制咨询委员会合影
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。
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