国际单位制迎来历史性变革
11月13-16日,第26届国际计量大会(CGPM)在巴黎召开。巴黎时间11月16日13时左右,53个国际计量局(BIPM)正式成员国的代表(一国缺席)聚首凡尔赛会议中心,为国际单位制(SI)修订投出了庄严的一票。经各个成员国表决,最终通过了关于“修订国际单位制(SI)”的1号决议。
根据决议,SI基本单位中的4个,即千克、安培、开尔文和摩尔分别改由普朗克常数h、基本电荷常数e、玻尔兹曼常数k和阿佛加德罗常数NA定义。这是SI自1960年创建以来最为重大的变革,使用实物原器定义测量单位的方法成为历史,是科学进步的里程碑,使国际测量体系有史以来第一次全部建立在不变的常数上,保证了国际单位制(SI)的长期稳定性和全球通用性,对科技创新、产业发展和全球治理等影响深远。
国际单位制(SI)是全球一致认可的测量体系。它的起源可以追溯至1875年--17国签署《米制公约》并正式同意推行统一的国际测量体系。
SI由7个基本单位以及许多导出单位组成。其中的7个基本单位包括时间单位“秒”、长度单位“米”、质量单位“千克”、热力学温度“开尔文”、电流单位“安培”、发光强度单位“坎德拉”和物质的量单位“摩尔”。
起初,测量单位是基于实物或物质的特性来定义的。但是,以实物作为基准,会遇到一个问题:这些实物会随时间推移或环境改变而变化,不能满足当今科学研究与技术应用对测量准确度的需要。
以千克为例,其定义来自于一块保存在国际计量局的铂铱合金圆柱体,即“国际千克原器”的质量。据国际计量局数据显示,百年来各国保存的质量基准与国际千克原器的一致性共发生了约0.05毫克的变化。
鉴于实物本身的不稳定性,测量界一直以来都在致力于建立一个不依赖于物理实物的测量体系。20世纪以来,科学家们测量了自然界的基本常数,如光速和普朗克常数,准确度越来越高,比实物更加稳定。这些自然常数不会发生变化,至少比实物稳定一百万倍。
“用基本物理常数普朗克常数h重新定义千克后,质量基本单位更加稳定,量值传递更加可靠。”中国计量院从事质量新定义研究的研究员李正坤指出,千克改用普朗克这个量子物理的基本常数,适用于任何地点、任何时间。
另据国际计量局官方声明显示,国际计量局将在千克重新定义后继续开展关于千克复现基准方法的国际比对,并得出千克的国际“共识值”。建有相关复现装置的国家计量院必须在“共识值”的基础上依据新定义进行量值传递,直到其独立复现的不确定度达到与“共识值”相当的水平。而其它不能独立复现千克的成员国,则可以通过国际计量局的校准服务实现质量量值对SI的溯源。
在国际单位制修订过程中,也有中国科学家的身影。
作为我国的国家计量院,中国计量科学研究院在玻尔兹曼常数、普朗克常数和阿佛加德罗常数等物理常数测量以及量子基准的建立方面取得了系列突破。该院利用声学法和噪声法两种方法测得的玻尔兹曼常数,为SI温度基本单位开尔文的修订做出了重要贡献。
此外,中国计量科学研究院还独立建立了基于新定义的千克复现装置,并成功研制了真空质量测量和质量标准传递装置,可以保障未来我国质量量值与国际等效一致。
此次大会上,中国计量科学研究院副院长段宇宁作为中国候选人连任国际计量委员会委员职务,市场监管总局计量司司长谢军当选国际计量委员会选举委员会委员。
这将增强我国在国际组织高层的话语权和决策权,提升中国计量地位,争取更大的国家利益。