國(guó)際計(jì)量單位制的重大技術(shù)變革

□ 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 張鐘華

　　《質(zhì)檢科技創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》對(duì)未來(lái)5年質(zhì)檢科技創(chuàng)新做了系統(tǒng)謀劃和前瞻布局，其中“大力提升參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)能力”任務(wù)中明確部署了“提升計(jì)量科技國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力”專(zhuān)欄。國(guó)際單位制的重大技術(shù)變革是計(jì)量科技提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要機(jī)遇與挑戰(zhàn)，是國(guó)家質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)升級(jí)換代與快速發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，將對(duì)各國(guó)的經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)等各方面產(chǎn)生深刻影響。

　　國(guó)際單位制（SI）是全球統(tǒng)一的計(jì)量單位制，是構(gòu)成國(guó)際計(jì)量體系的基石，目前的國(guó)際單位制中，有時(shí)間、長(zhǎng)度、質(zhì)量、電流、溫度、光度和物質(zhì)的量7個(gè)最基本的計(jì)量基準(zhǔn)。特別是1875年第一次國(guó)際計(jì)量大會(huì)后，各國(guó)開(kāi)始建立世界統(tǒng)一的、以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)、以實(shí)物為基準(zhǔn)的國(guó)際單位制及準(zhǔn)確的計(jì)量基準(zhǔn)，為統(tǒng)一全世界的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)起了很好的作用。

　　但是，20世紀(jì)以來(lái)量子科學(xué)的飛速發(fā)展，提供了可以建立更準(zhǔn)確的計(jì)量基準(zhǔn)的手段。例如人們發(fā)現(xiàn)一些原子在能級(jí)變化時(shí)發(fā)出的光譜譜線(xiàn)，其頻率的穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原來(lái)用地球運(yùn)動(dòng)定義的頻率穩(wěn)定度，最穩(wěn)定的原子譜線(xiàn)可以達(dá)到10^-18量級(jí)甚至更高的穩(wěn)定度。如用這樣的譜線(xiàn)頻率來(lái)定義時(shí)間單位的計(jì)量基準(zhǔn)，其穩(wěn)定度比原來(lái)用地球運(yùn)動(dòng)定義的時(shí)間計(jì)量基準(zhǔn)高出了十來(lái)個(gè)數(shù)量級(jí)。所以國(guó)際計(jì)量大會(huì)在1968年已通過(guò)改用銫原子同位素能級(jí)變化時(shí)的一根譜線(xiàn)的頻率來(lái)定義時(shí)間的國(guó)際計(jì)量基準(zhǔn)“秒”，使得時(shí)間計(jì)量基準(zhǔn)的穩(wěn)定性大幅度提高。另一方面，許多基本物理常數(shù)在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出是不變的。所以用基本物理常數(shù)來(lái)定義計(jì)量基準(zhǔn)也可達(dá)到極高的穩(wěn)定性。作為典型的例子，光在真空中的傳播速度c就是一個(gè)大家熟知的基本物理常數(shù)。許多實(shí)驗(yàn)及天文觀(guān)察證實(shí)，真空中的光速是不變的。所以長(zhǎng)度的計(jì)量基準(zhǔn)“米”的定義也改為（1/299792458）秒中光在真空中的傳播距離。這樣定義的長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn)原則上可以達(dá)到與時(shí)間基準(zhǔn)相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定度。20世紀(jì)60到80年代發(fā)現(xiàn)的“約瑟夫森效應(yīng)”和“量子化霍爾效應(yīng)”（兩種新效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者均獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）則給了我們定義電流的計(jì)量量子基準(zhǔn)的手段，也可以達(dá)到10^-10量級(jí)或更高的穩(wěn)定度。在溫度、光度、質(zhì)量、物質(zhì)量方面，各國(guó)也都在努力建立穩(wěn)定性極高的新型計(jì)量基準(zhǔn)。

　　“十二五”期間，我國(guó)在國(guó)際單位制變革中，已進(jìn)行先期布局，突破了一些關(guān)鍵技術(shù)，部分成果進(jìn)入了國(guó)際領(lǐng)先行列，但是部分參數(shù)的測(cè)量結(jié)果與國(guó)際一流水平仍有較大差距：如德國(guó)在有關(guān)千克重新定義的阿伏伽德羅常數(shù)測(cè)量方面世界領(lǐng)先；美國(guó)研制的下一代時(shí)間頻率基準(zhǔn)光鐘的準(zhǔn)確度已達(dá)50億年僅差1秒。我國(guó)尚未建立起以量子物理為基礎(chǔ)的新一代計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)裝置和完整的量值傳遞體系。

　　“十三五”期間，我國(guó)應(yīng)抓住國(guó)際單位制變革的重大機(jī)遇，深入落實(shí)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，應(yīng)對(duì)國(guó)際單位制（SI）基本單位重新定義的重大變革，高準(zhǔn)確地測(cè)定普朗克常數(shù)、玻爾茲曼常數(shù)和精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)等，全力推進(jìn)基本物理常數(shù)的精密測(cè)定，不斷提升測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，在國(guó)際單位制變革中占據(jù)更大的權(quán)重，構(gòu)建出以量子基準(zhǔn)為核心的新一代計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)體系，在國(guó)際計(jì)量界確立中國(guó)的先進(jìn)地位，進(jìn)一步夯實(shí)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)，全面支撐我國(guó)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略和質(zhì)量強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。《中國(guó)質(zhì)量報(bào)》

之前新聞看到的測(cè)定普朗克常數(shù)來(lái)定義千克還沒(méi)有成功么？

“千克球”傳說(shuō)做這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的老師傅只有一人呵呵

自然的總比人造的準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)還是看是否有純自然的
象天法地，哈哈

學(xué)習(xí)了，專(zhuān)家們努力吧

國(guó)際基本單位要變了？專(zhuān)家們要努力啊

學(xué)習(xí)了漲知識(shí)

太好了！哪位專(zhuān)家詳細(xì)科普一下

我們學(xué)習(xí)一下

都來(lái)學(xué)習(xí)下

這是基礎(chǔ)，需大力發(fā)展，期待中！

我們學(xué)習(xí)一下