「不變」的「巨變」 國際單位制完成量子化變革

2020-11-29 中國新聞網

　　「不變」的「巨變」

　　用常數替代實物 國際單位制完成量子化變革

　　本報記者 陳 瑜 翟冬冬

　　「新的國際單位制從今天開始正式實施，計量開啟蓬勃發展全新時代。」

　　5月20日一大早，中國原子能科學研究院國防科技工業電離輻射一級計量站副研究員宋明哲就在朋友圈發文，紀念有特別意義的2019年國際計量日。

　　基本單位全部由常數定義

　　在2018年召開的第26屆國際計量大會上，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基本單位的定義由常數定義。決議於2019年國際計量日——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。中國計量科學研究院院長方向介紹，國際單位制規定的7個基本單位，好比7塊彼此獨立又相互支持的「基石」，構成了國際單位制的「地基」。國際單位制規定的其他單位，如力的單位牛頓、電壓單位伏特等，都可以通過7個基本單位導出。

　　「這是測量科學邁出的關鍵一步，可以說計量正式邁入了量子時代。」國防科技工業電離輻射一級計量站主任劉蘊韜評價，這是自米制公約誕生後，計量世界中最重大的、革命性的事件。

　　日常測量沒有明顯變化

　　一直以來，全世界都依賴一塊鉑銥合金圓柱體——國際千克原器(IPK)來定義「千克」。

　　IPK及其複製品19世紀末20世紀初製成，在當時滿足了對計量基準準確度及穩定性的要求。但實物基準製成後，總有一些不易控制的物理、化學過程，使其特性發生緩慢變化，因而保存的量值也有改變。

　　國際計量局官方數據顯示，100年間，各國保存的質量基準、國際計量局官方作證基準與IPK的一致性共發生了約0.05 毫克的變化。但IPK質量究竟變化了多少至今仍然是個謎。

　　「用基本物理常數普朗克常數重新定義千克後，質量基本單位更加穩定，量值傳遞更加可靠，不必再考慮IPK質量是否發生變化，更不必擔心IPK丟失、損壞可能給全球質量量值統一帶來的毀滅性災難。」劉蘊韜說。

　　「7個基本單位全部由常數定義，可以說是『不變』的『巨變』。」宋明哲解釋，所謂「不變」，是指計量單位實現量子化定義後，人們日常接觸的測量活動沒有明顯區別，從超市電子秤到工業大尺寸坐標測量機，定義修訂前後，測量的數值並不會發生變化。「巨變」是指隨著基本量的重新定義和量子測量技術的發展，計量基準可隨時隨地復現。通俗地說，人們在生產生活中將能夠直接應用最準的「標尺」。

　　我國測量能力居世界第三

　　計量單位的重新修訂，可能對人們生產生活產生巨大影響。

　　宋明哲以已率先完成量子化定義的「秒」舉例說，1967年以前，「秒」的定義是平太陽日1/86400的時間長度，1967年量子化定義後，「秒」的精確度提高了1000萬倍，引發衛星導航定位革命，成就了數萬億美元的定位和服務市場。「現在人們日常用的地圖導航、打車軟體、共享單車等，都是『秒』重新定義帶來的豐碩成果。」

　　「現代科學研究已經不局限於可視尺度，開展宇宙尺度的引力波研究、微觀尺度的原子核內部問題研究等，都需要更加精確的基本量定義。」劉蘊韜告訴記者。

　　國家市場監督管理總局黨組成員、副局長秦宜智表示，目前，我國獲國際承認的國家校準測量能力躍居世界第三位，自主可控的國家時間基準達到3000萬年不差一秒，長度量子基準達到每米誤差不多於50納米，都躋身世界先進行列。在這次國際單位制量子化變革中，我國對於溫度、質量的重新定義作出了重要貢獻。(科技日報北京5月20日電)

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