科學界發生的一件大事，悄悄改變了我們日常使用的一些計量標準。
12月11日，國家市場監管總局召開國際單位制重大變革新聞發布會。計量司司長謝軍在發布會上透露，明年5月20日，我國將開始使用新修訂後的國際單位制，為抓住此次變革帶來的歷史性機遇，我國將強化計量量子化戰略研究，並制定量子化時代的中國計量發展新規劃（2020年-2035年）。
是不是感到一頭霧水？沒關係，這就給您細細講解。
據謝軍介紹，11月16日，第26屆國際計量大會（CGPM）在法國巴黎召開，這是翻開人類科技發展新篇章，具有跨時代、裡程碑意義的一次科技盛會。在這次會議上，經包括中國在內的53個成員國集體表決，全票通過了關於「修訂國際單位制（SI）」的1號決議。根據決議，質量單位「千克」、電流單位「安培」、溫度單位「開爾文」、物質的量單位「摩爾」等4個SI基本單位的定義將由常數定義，並於明年的世界計量日——5月20日正式生效。加之此前對時間單位「秒」、長度單位「米」和發光強度單位「坎德拉」的重新定義，至此，國際計量單位制的7個基本單位全部實現由常數定義。
這是改變國際單位制採用實物計量的歷史性變革，是人類科學發展進步中的一座裡程碑。
首先，我們需要了解什麼是國際單位制（SI）。
SI官方logo（中國計量院供圖）
國際單位制SI是從「米制」發展起來的國際通用的測量語言，是人類描述和定義世間萬物的標尺。國際單位制規定了7個具有嚴格定義的基本單位，分別是時間單位「秒」、長度單位「米」、質量單位「千克」、電流單位「安培」、溫度單位「開爾文」、物質的量單位「摩爾」和發光強度單位「坎德拉」。
它們好比7塊彼此獨立又相互支撐的「基石」，構成了國際單位制的「地基」。國際單位制規定的其它單位，如力的單位牛頓、電壓單位伏特、能量單位焦耳等等，都可以由這7個基本單位組合導出。
國際單位制（SI）的起源可以追溯至1875年——17國籤署《米制公約》並正式同意推行統一的國際測量體系。籤署公約的初衷是為了支撐國際貿易、商業以及科學交流，過去是，現在是，將來也不會改變。
「米制」創立的初衷是用一種全球一致的「自然常數」而非某種主觀的標準來定義單位，從而保障單位的長期穩定性。1米最早被定義為通過巴黎的地球子午線長度的四千萬分之一。而面積、體積和質量等貿易、商業以及稅收等領域所需的其它單位，則通過「米」來定義。1983年，米被定義為光在真空中於1/299 792 458秒內行進的距離，這是SI中的基本單位首次以基本常數——光速來定義。
那麼，國際單位制的新定義改變了什麼？
謝軍表示，此次變革從表面來看，大家可能感覺不到發生的變化，就如同我們給房子換了一個更加堅固的地基，並不太會直接影響我們生活起居，但它實際上已經發生了「脫胎換骨」的變化。
1.定義的基礎變了
以千克的現行定義為例，1千克精確等於國際計量局保存的國際千克原器（IPK）的質量。
國際千克原器是一塊鉑銥合金圓柱體，用三層玻璃鐘罩保護，最外一層抽成半真空，以防止空氣和雜質進入。在為科技界服役的130年內，為保證千克原器的絕對安全，原器被保存在國際計量局的一個保險箱內，保險箱必須由三把鑰匙同時打開。這三把鑰匙分別保存在國際計量局局長、國際計量委員會主席和法國國家檔案館館長手中。
然而，即便是本身具備超強的抗氧化、耐腐蝕特性和外面的三重保護，國際千克原器的質量與各國保存的質量基準、國際計量局官方作證基準的一致性依然出現了約50微克的偏差。國際千克原器的質量是否發生了變化，具體變化了多少至今仍是一個謎。雖然聽起來變化微乎其微，但這表明質量單位的實物基準的穩定性存在偏差，尤其是對一些高精尖產業來講影響卻很大。
測量基礎的長期穩定，對於人類面臨的重大挑戰，特別是環境與氣候變化、地球運動監測等非常重要。我們必須有一個能在很長時間內保持穩定的參考標準，才能獲得可靠的測量數據——而可靠的數據一直是科學研究和政府決策的根基。
此次，用基本物理常數普朗克常數h重新定義千克後，質量單位將更加穩定，我們不必擔心國際千克原器質量漂移可能給全球質量量值統一帶來的問題。
2.定義的時空變了。
物理定律是放之宇宙而皆準的，但測量卻有不少的人為因素。最早的千克是用1個標準大氣壓下1立方分米純水在4攝氏度時的質量定義的，這實際上受到了溫度、氣壓、水和容器等環境因素和測量過程的限制。
人們在19世紀末採用最先進的材料和工藝打造了國際千克原器，目的也是為了規避這些限制。但是，國際千克原器有且只有一個，無論它的質量是否發生漂移，各國計量院仍須以它為準，定期到位於法國的國際計量局校準自己的千克原器。
新定義生效後，理論上任何地方的任何人，都可以根據定義復現1千克，而且，我們今天在北京復現的量值，和我們的子孫後代未來在火星上復現的量值將是一致的。國際單位制的客觀通用性不僅意味著國際測量界多年的夙願正在逐漸成為現實，更意味著全球量值統一有了更廣闊而便捷的途徑：晶片級的傳感器將可以在工業產品流水線上實現對國際單位制的溯源，物聯網各個終端採集的數據由此可以實現可比——無時無處不在的最佳測量，將推動計量管理模式的改革創新，釋放計量量子化變革效能，有助於提高智能製造、物聯網等新技術產業的質量水平，有利於實現公平貿易、安全醫療等，從而促進誠信建設，降低社會成本，保障和改善民生。
此外，定義的範圍與定義的方法也發生了變化。
什麼不變？
對大多數人來說，國際單位制是「不變」的。
除電學單位外，新定義下各個單位大小和舊定義幾乎完全一致。事實上，電學單位的改變也微乎其微，電壓單位的變化約為正千萬分之一，電阻單位的變化則更小。但這只會影響對測量不確定度要求最高的頂尖計量機構和校準實驗室，對於普通用戶、產業界人士和多數科研人員來說，新定義不會對他們造成影響，他們的測量結果仍將是連續的。
這看上去似乎理所當然，但實際上卻是全球測量科學家數十年潛心研究和通力合作的結果——所有用於基本單位重新定義的「常數」都經過了精確測量與嚴格驗證，從而保障了新單位的大小「不變」。
也就是說，1千克的菜還是1千克的菜，一片葉子也不會少，對咱們的日常生活完全沒有影響。
變革帶來哪些影響？
謝軍介紹，這次SI重新定義生效後，對於大多數科研人員以及產業發展、人們日常生產生活來說，不會直接造成大的改變，原有的測量結果仍將是連續的、穩定的。但從專業角度觀察，SI的重新定義，將改變國際計量體系和現有計量格局。
重新定義後，通過嵌入晶片級量子計量基準，將能把最高測量精度直接賦予製造設備並保持長期穩定，從而實現對產品製造全過程的更準確穩定地感知和最佳控制，有力支撐流程再造、節能減排和質量提升等。這將為當前世界範圍內正在進行的新一輪以信息技術、大數據和人工智慧為特徵的科技革命，插上飛翔的「翅膀」。
重新定義將催生新的測量原理、測量方法和測量儀器。集多參量、高精度為一體的晶片級綜合測量，不受環境幹擾無需校準的實時測量，眾多物理量、化學量和生物量的極限測量等將成為可能，測量儀器儀表形態將全面創新。這將為我國實施「科技強國」戰略，走向工業製造強國，帶來重要機遇，也將迎來重大挑戰。
重新定義和量子測量技術發展將使得計量基準可隨時隨地復現。通俗地說，就是我們在生產生活中都將能夠直接應用最準的「標尺」。無處不在的精準測量，將直接促進市場公平交易、實現精準醫療、改善環保節能等等，將進一步促進社會誠信建設、降低社會管理成本，將惠及人類生產生活的方方面面，實現社會的全面進步。
謝軍介紹，我國目前獲得國際互認的校準和測量能力已躍居全球第三、亞洲第一。我國自主可控的國家時間基準、長度量子基準都躋身世界先進行列。在這次國際計量單位制重大變革中，作為國家計量院的中國計量科學研究院為SI溫度基本單位開爾文的修訂作出了重要貢獻。我國已獨立建立了基於新定義的千克復現裝置，並成功研製了真空質量測量和質量標準傳遞裝置，可以保障未來我國質量量值與國際等效一致。
謝軍表示，我國將努力抓住和用好變革帶來的歷史性機遇，從國家戰略的高度出發，統籌規劃、整體布局，加強面向國家戰略需求的計量基礎研究、前沿性研究，加速推進國家計量基標準質量提升工程，研製以量子傳感為基礎的量子計量標準，重塑量傳溯源體系，改革計量管理模式，充分發揮計量的國家戰略資源作用。
來源：北京日報客戶端 記者：陳雪檸
編輯：郭丹