湖北省市場監督管理局計量處處長 時根火
第26屆國際計量大會通過了關於「修訂國際單位制（SI）」的1號決議，自2019年5月20日起，7個基本單位全部實現由自然常數定義。那麼什麼是國際單位制（SI）？為什麼要用自然常數定義基本單位？國際單位制（SI）量子化變革改變了什麼？量子化變革是否影響我們的日常生活？
什麼是國際單位制（SI）
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，是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。
為什麼要用自然常數定義基本單位
在7個基本單位全部實現自然常數定義之前，計量單位的定義使用了多種方式，一是用實物原器來定義，如千克的定義使用國際千克原器（IPK）；二是用特定的物理狀態來定義，如開爾文的定義使用水的三相點；三是用理想化的實驗方式來定義，如安培的定義使用「無限長且圓截面可忽略」的平行導線。這些定義都存在一些弊端，如實物原器會發生變化以及被損傷和損壞，國際千克原器(IPK)從1889年起就可能開始產生未知的變化和漂移，但它卻一直保持著定義標準的地位，而且從世界各地到巴黎去溯源也是一項艱巨的任務。開爾文的定義是基於水三相點的定義值，即冰、液態水和水蒸氣共存時的溫度（定義為273.16開爾文），當測量與水三相點相差很大的溫度時（如金屬加工溫度1500℃以上），測量的準確度就會大大降低。電流單位安培定義中的「無限長」「圓截面可忽略」等要素，在單位復現時都將引起難以克服的困難。
因此，長期以來全球各國計量科學家一直在潛心研究，希望找到更好的定義方法，經過多年的研究，證明基於基本常數來定義SI的基本單位具有足夠的準確性，並且能夠保證SI的長期穩定性。1967年，基於銫原子基態超精細能級躍遷的頻率重新定義了秒，實現了從「天文秒」到「原子秒」跨越，也是第一個用自然常數定義的國際單位制基本單位。1983年，米被定義為光在真空中於1/299 792 458秒內行進的距離，實現了第二個SI基本單位以真空中光速這一基本常數來定義。「原子秒」定義以來的50年間，復現的不確定度指標提高了6個數量級，同時新的秒定義和米定義催生了衛星導航產業，給眾多行業帶來了巨大的變化。尤其是改變了逐級溯源的方式，形成了扁平化、零鏈條的溯源。如利用北鬥授頻授時，電腦、手機時間可以直接溯源至最準的國家基準。
國際單位制（SI）量子化變革改變了什麼
一是定義的基礎變了。用基本物理常數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。
二是定義的時空變了。物理定律是放之宇宙而皆準的，新定義生效後，通過量子計量基準與信息技術的融合，實現了量值溯源扁平化，隨時隨地可獲得最佳測量結果。
三是定義的範圍變了。修訂前的開爾文定義僅僅建立在水三相點一個固定點上，而未來通過玻爾茲曼常數定義開爾文，可以根據熱力學溫度與能量的關係，實現從絕對零度到任意溫度點的準確測量。
四是定義的方法變了。在新的國際單位制中，測量的兩個重要概念，即單位定義和測量（或復現）方法是分離的。新定義生效後，千克可以通過任何適當的方法復現，比如基布爾天平法和X射線晶體密度法。而復現開爾文，現在已經有多達5種方法，你擅長哪種就可以用哪種。
量子化變革是否影響我們的日常生活
以物理常數為基礎，對國際計量單位制重新定義，意味著所有SI單位將由描述客觀世界的常數定義，開啟了任意時刻、任意地點、任意主體根據定義實現單位量值的大門，將對經濟、科技與民生等都將產生深刻影響。
然而，也許這種變化在我們日常生活中暫時還感覺不到，因為無論是超市中電子秤稱出的重量、加油機給出的容量、電能表顯示的用電量，還是工業生產中遊標卡尺量出的尺寸、醫學檢驗中測量的血壓等等都不會有什麼明顯差別。但是，就像50年前「原子秒」定義時我們沒有預計到它給我們的生活帶來如此大的影響一樣，隨著科技進步和社會發展，國際計量單位制的量子化改革必將與我們未來的生活息息相關。