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國際單位制（以下簡稱SI）自建立以來最新最重要的一次修訂已在2018年第26屆國際計量大會上產生，並記錄在SI手冊（第9版）。在2018年的定義之前，SI是通過7個基本單位及由基本單位的冪次、乘積構成的導出單位定義的，而通過7個確定常數的固定數值給SI下定義更加有影響。其差別是原則上不需要之前的定義，因為所有單位、基本單位和導出單位都可以直接由確定常數構成。儘管如此，基本單位和導出單位的概念是保留的，不僅因為它有用，在歷史上獲得公認，也因為它對保持ISO/IEC 80000系列國際標準規定的國際量制(ISQ) 是必要的，該標準指定的基本量和導出量需與SI基本單位和導出單位相符合。SI基本單位如表1所示。
表1 SI基本單位
基本量
基本單位
名稱
典型符號
名稱
符號
時間
t
秒
s
長度
l, x, r, etc
米
m
質量
m
千克
kg
電流
I, i
安培
A
熱力學溫度
T
開爾文
K
物質的量
n
摩爾
mol
發光強度
Iv
坎德拉
cd
從依據確定常數的固定數值定義SI出發，通過適當使用這些確定常數中的一個或多個給出下列定義集，推導出7個基本單位的每一個定義。
一
秒（The second），符號s，是時間的SI單位它由銫頻率ΔνCs的固定值定義，即：使得銫-133原子基態兩個超精細能級之間躍遷頻率達到9192631770Hz，Hz等於s-1。
這個定義準確地表明：ΔνCs= 9 192 631 770Hz，反向推導，根據確定常數ΔνCs值即可給出單位秒的一個表達式：
或者
這個定義的結果是秒等於未受幹擾條件下銫-133（133Cs）原子在穩定基態兩個超精細能級之間躍遷9 192 631 770個輻射周期持續的時間。
提及未受幹擾的原子是為了說清楚SI秒的定義是基於一個獨立的、不受任何外部場(如環境黑體輻射) 幹擾的銫原子。
如此定義的秒是廣義相對論中本徵時間的單位。為了提供一個協調的時間標尺，不同地點不同基準鐘的信號被結合在一起，以便做相對銫頻率變化的修正。
國際計量委員會（CIPM）基於挑選出來的原子、離子或分子的光譜線數量，已採用了多種秒的次級復現形式。只是其中一部分復現具有較高的穩定性，能夠確定這些譜線無擾動頻率和不低於基於銫-133超精細躍遷復現的秒的相對不確定度。
二
米（
The metre），符號m，是長度的SI單位它採用光在真空中速度c的固定數值299 792 458定義，單位為ms-1，其中秒依據銫頻率ΔνCs定義。
這個定義準確地表明：c = 299 792 458ms-1，反向推導，根據確定常數c和ΔνCs即可給出米的準確表達式：
這個定義結果是1米等於光在真空中行進1/299 792 458秒時間的路徑長度。
三
千克（
The kilogram），符號kg，是質量的SI單位它採用普朗克常數h 的固定數值6.626 070 15×10-34定義，其單位為J s，等於kg m2s-1，其中米和秒是依據c和ΔνCs定義。
這個定義準確地表明:h = 6.626 07015 ×10-34kg m2s-1，反向推導，根據規定常數h、ΔνCs和c即可給出千克的準確表達式:
或者
這個定義的影響是朝向定義單位kg m2s−1 (運動量、角動量兩個物理單位)。這導致了質量單位的定義，用普朗克常數h連同秒和米的定義一起表示。
以前的千克定義由國際千克原器的質量值m（K）確定，m（K）精確地等於1千克，普朗克常數h的值必須通過實驗來確定。現在的定義精確地確定了h的值，而原器的質量現在必須通過實驗來確定。
該定義中的普朗克常數的數值是這樣確定的：在它被選用的時候，千克等於國際千克原器質量，m(K) = 1 kg，其相對標準不確定度為2×10 - 8，這是當時對普朗克常數值的綜合最優估計的標準不確定度。
還請注意，根據目前的定義，原則上原級復現能在質量標尺的任何一點建立。
四
安培（
The ampere），符號A，是電流的SI單位它由元電荷e 的固定數值1.602 176 634×10-19定義，其單位為C，等於A s，其中秒是依據ΔνCs定義。
這個定義準確地表明：e = 1.602 176 634 ×10-19As，反向推導，根據確定常數e和ΔνCs即可給出單位安培的準確表達式：
或者
這個定義的結果是1安培等於1/（1.602 176 634×10−19）個元電荷每秒流動所形成的電流。
以前，安培的定義基於真空磁導率(也稱為磁性常數)μ0值恰好是4π×10-7 Hm-1= 4π×10-7NA-2的載流導線之間的力，其中H、N分別表示互相關聯的導出單位亨利和牛頓。安培的新定義用固定值e 代替μ0，而且μ0結果必須用實驗方法確定。
同時，由於真空介電常數（也稱為電常數）ε0，真空的特性阻抗Z0，真空的導納Y0分別等於1/μ0c2、μ0c和1/μ0c，ε0、 Z0、 Y0的值現在也須各自用實驗方法確定，而且受和μ0一樣的相對標準不確定度影響，因為c是已知精確的，乘積ε0μ0= 1/c2和商Z0/μ0=c保持精確值。在採用現在安培定義的時候，μ0=4π ×10-7H/m，具有2.3 × 10−10的相對標準不確定度。
五
開爾文（
The kelvin），符號K，是熱力學溫度的SI單位它由玻爾茲曼常數k的固定數值1.380 649×10-23 J K-1定義，其單位J K-1等於kg m2s-2K-1，其中千克、米和秒是依據h、c和ΔνCs定義。
這個定義準確地表明：k = 1.380 649×10-23kg m2s-2K-1，反向推導，根據確定常數k 、h和ΔνCs即可給出開爾文的準確表達式：
或者
這個定義的結果是1 K等於熱能kT發生1.380 649×10−23 J的改變導致的熱力學溫度變化量。
以前的開爾文定義是基於一個被分配給水的三相點溫度TTPW的精確數值，即273.16 K。由於現在開爾文的定義確定了k的數值，而不是TTPW，所以後者必須通過實驗來確定。在採用現在定義的時候，TTPW等於273.16K，相對標準不確定度3.7×10-7，這是基於重新定義之前對k的測量。
由於過去用溫度標度來定義，通常的做法是用與接近冰點的參考溫度T0= 273.15K差來表示熱力學溫度，符號T。這種差被稱為攝氏溫度，符號t，由如下量方程定義：
t = T - T0
攝氏溫度的單位為攝氏度,符號為℃，按照定義其量級與單位開爾文相等。一個溫度差或區間可以用開爾文或攝氏度表達，不論何種情況，溫度差的數值都是一樣的。正是由於這個關係，用攝氏度表達攝氏溫度的數值與用開爾文表達熱力學溫度的數值有關。
t/℃ =T/K-273.15
開爾文和攝氏度也是1989年國際計量委員會CIPM的建議5 (CI-1989, PV, 57, 115)中採用的1990年國際溫標(ITS-90)的單位。注意ITS-90定義了兩個量T90和t90，與熱力學溫度T和t相配。
同樣注意，目前開爾文定義的原級復現原則上可以在溫標內任何一點上建立。
六
摩爾（
The mole），符號mol，是物質的量的SI單位一摩爾恰好包含6.022 140 76 × 1023個基本粒子。當用單位mol-1表達時，這個數是阿伏伽德羅常數的固定數值NA，也稱阿伏伽德羅數值。
物質的量，符號n，是對指定基本粒子數目測量的一個量制。基本粒子可以是原子、分子、離子、電子及其他粒子，或是這些粒子的特定組合。
這個定義準確地表明：NA= 6.022 14076 ×1023mol-1，反向推導，依據確定常數NA即可給出摩爾的準確表達式：
這個定義的影響是一摩爾是個包含6.022 14076×1023個指定基本粒子的系統之物質的量。
以前的摩爾定義由碳12的摩爾質量M（12C）值確定，精確到0.012 kg/mol，然而現在M（12C）已經不再準確了，且必須用實驗方法確定。在採用摩爾現在的定義的時候選擇NA值，M（12C）等於0.012 kg/mol，其相對標準不確定度為4.5 ×10−10。
任何原子或分子的摩爾質量X可以從其相對原子質量的方程中得到：
M(X) = Ar(X) [M（12C）/12] = Ar(X) Mu
而任何一個原子或分子的摩爾質量X，也與基本粒子質量m(X)有關：
M(X) = NAm(X) = NAAr(X) mu
在這些方程中，Mu是摩爾質量常數，等於M(12C)/12，而mu是統一標準的原子量常數，等於m(12C)/12。它們由阿伏伽德羅常數通過下式關聯：
Mu= NAmu
按照「物質的量」名稱，在任何具體的應用中，「物質」這個詞通常會被詳細說明物質的詞語所取代，以便可以唯一，例如：談論「氯化氫的量，HCl」，或「苯的量，C6H6」，總是給出涉及實體的明確說明是非常重要的(正如摩爾定義中所強調的)，這種給予涉及材料的化學分子式應該更好。儘管「量」這個詞有更多綜合的字典釋義，但「物質的量（amount of substance）」全稱縮寫成「量（amount）」可用於簡寫。這也適用於導出量，比如「amount-of-substance concentration（物質的量濃度）」可簡稱為「amount concentration（量濃度）」。在臨床生化領域名稱「amount-of-substance concentration（物質的量濃度）」通常縮寫成「substance concentration（物質濃度）」。
七
坎德拉，（The candela）
，符號cd，是按一個指定方向的發光強度的SI單位它由頻率為540×1012Hz的單色輻射光光視效率的固定數值Kcd定義，其值是683，單位為lm W-1，等於cd sr W-1或cd sr kg-1m-2s3，其中千克、米和秒依據h、c和ΔνCs定義。
這個定義準確地表明：頻率ν = 540 ×1012Hz的單色輻射光光視效率Kcd= 683 kg-1m-2s3 cd sr，反向推導，依據確定常數Kcd, h 和ΔνCs即可給出坎德拉的準確表達式:
或者
這個定義的結果是1坎德拉是指在一個指定方向來源於頻率為540×1012赫茲、輻射強度為1/683瓦特每球面度的單色輻射光的發光強度。
END
本文刊發於《中國計量》雜誌2018年第11期
作者：華北國家計量測試中心 楊利民 劉中雨 梁豔 編譯