國際單位制迎來歷史性變革,實物原器定義法成歷史

2020-12-17 澎湃新聞

國際單位制迎來歷史性變革，實物原器定義法成歷史

陳海波/光明日報

2018-11-17 08:43

國際千克原器（IPK）。 中國計量院供圖

光明日報11月17日報導，記者16日從中國計量科學研究院獲悉，第26屆國際計量大會經各個成員國表決，於16日通過了關於「修訂國際單位制」的1號決議。根據決議，千克、安培、開爾文和摩爾等4個國際單位制分別改由普朗克常數h、基本電荷常數e、玻爾茲曼常數k和阿佛加德羅常數NA來定義。這是國際單位制自創建以來的最重大的變革，用實物原器定義測量單位的方法成為歷史，這將從根本上保證國際單位制的長期穩定性，對科技創新、產業發展和全球治理等影響深遠。

據了解，國際單位制目前有7個：時間單位「秒」、長度單位「米」、質量單位「千克」、熱力學溫度「開爾文」、電流單位「安培」、發光強度單位「坎德拉」和物質的量單位「摩爾」。起初，測量單位是基於實物或物質的特性來定義的。但是，以實物作為基準，會遇到一個問題：這些實物會隨時間推移或環境改變而變化，不能滿足當今科學研究與技術應用對測量準確度的需要。

以千克為例，其定義來自於一塊保存在國際計量局的鉑銥合金圓柱體，即「國際千克原器」的質量。「但這個基準實物一旦製成後，總會有一些不易控制的物理、化學過程使它的特性發生緩慢的變化，因而它所保存的量值也會有所改變。」中國計量院從事質量新定義研究的研究員李正坤指出。據國際計量局數據顯示，百年來各國保存的質量基準與國際千克原器的一致性共發生了約0.05毫克的變化。

鑑於實物本身的不穩定性，測量界一直以來都在致力於建立一個不依賴於物理實物的測量體系。20世紀以來，科學家們測量了自然界的基本常數，如光速和普朗克常數，準確度越來越高，比實物更加穩定。這些自然常數不會發生變化，至少比實物穩定一百萬倍。「用基本物理常數普朗克常數h重新定義千克後，質量基本單位更加穩定，量值傳遞更加可靠。」李正坤說，千克改用普朗克這個量子物理的基本常數，適用於任何地點、任何時間。

此次修訂的千克等四個測量單位將與已重新定義的秒、米和坎德拉一起，共同構成新的測量體系。國際計量局局長馬丁·米爾頓表示，國際單位制不再需要基準實物，而以量子等自然界基本物理常數為基礎來重新定義，更具有穩定性和普適性。新定義將利用「自然法則創建測量法則」，將原子及量子級的測量與宏觀世界的測量聯繫在一起。

在國際單位制修訂過程中，也有中國科學家的身影。作為我國的國家計量院，中國計量科學研究院在玻爾茲曼常數、普朗克常數和阿佛加德羅常數等物理常數測量以及量子基準的建立方面取得了系列突破。特別是利用聲學法和噪聲法兩種方法測得的玻爾茲曼常數，為溫度基本單位開爾文的修訂作出了重要貢獻。 

（原題為《國際單位制迎來歷史性變革》）

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關鍵詞 >> 國際單位制,變革,實物原器

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