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国际单位制进入常数时代
图：世界计量日来临，北京市东城区市场监管局计量检测所工作人员在用标准焦度计检定送检的镜片。 本报记者董芳忠/摄
■本报记者 任震宇
5月20日是“世界计量日”。今年的世界计量日有着特殊的意义：新的国际单位制(SI)将从当天开始生效，人类的计量单位将自此进入常数时代。
国际单位发生重大变革
在2018年11月13日至16日举行的第26届国际计量大会上，所有成员国投票通过了关于国际单位制修订的1号决议，并决定于2019年5月20日“世界计量日”开始实施。对此，国际计量局局长马丁·米尔顿做出了这样的评价：“这是人类历史的一座里程碑。”
之所以说它是人类历史的里程碑，是因为从这一天起，质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”、物质的量单位“摩尔”、时间单位“秒”、长度单位“米”和发光强度单位“坎德拉”，所有7个国际计量单位制的基本单位全部实现由常数定义。
早期的国际单位制采用实物原器作为标准，如“千克”原器就是1889年经国际计量大会批准的一块直径与高度均为39.00毫米，由90%铂与10%铱铸造的铂铱合金圆柱体砝码;“米”原器则是一根3.5毫米×25毫米截面的铂杆。这些原器被保存在位于法国巴黎的国际计量局总部，另有官方复制品被送往世界各国使用，这些复制品每隔一段时间便需要被送回法国与原器进行比较，以修正因损耗带来的误差。
据中国计量科学研究院研究员李正坤介绍，实物基准一旦制成后总会有一些不易控制的物理、化学过程，使它的特性发生缓慢变化，量值也会有所改变。比如，2007年的一次检查中就发现，保存在国际计量局总部的“千克”的标准原器莫名减轻了大约50微克。
可见，以实物作为基本单位的计量依据终究抵不过时光的侵蚀。而在人类目前的科学认知中，最为稳定的莫过于自然规律本身。因此，从20世纪60年代开始，计量科学界开始用常数对单位进行定义。
中国计量科学研究院院长方向告诉记者，国际单位制由常数定义，就是用自然界恒定不变的常数替代了实物原器，保障了国际单位制的长期稳定性;“定义常数”不受时空和人为因素的限制，保障了国际单位制的客观通用性;新定义可在任意范围复现，保障了国际单位制的全范围准确性;新定义不受复现方法限制，保障了国际单位制的未来适用性。
潜移默化改变生活
对普通消费者来说，虽然每天都在和计量单位打交道，但似乎感知不到它们的存在，因为它们太过基础，所以国际单位的历史性变革对消费者而言似乎也缺乏直观感受。
国际计量局局长马丁·米尔顿在公开发表的声明中表示，此次国际单位制的修订，意味着深化科学认知、推动技术进步、解决许多社会重大挑战方面的基础更加坚实了。“这好比你给房子换了一个更坚固的地基，从表面上是不可能看到任何变化的，但它可能已经发生了实质性的变化，使房子变得更耐久了。”马丁·米尔顿说，“就像1967年用原子的特性修订‘秒’定义一样，尽管在修订之初人们并不知道它可以用在哪里，但现在，基于原子钟的计时技术已成为互联网、移动通信和卫星导航等技术的基础。新SI也是这样，它将在未来对科学、技术、贸易、健康、环境以及更多领域产生深远影响。”
在市场监管总局2018年12月召开的国际单位制重大变革新闻发布会上，计量司司长谢军指出，国际单位制的重新定义，将改变国际计量体系和现有计量格局。正式实施后，可通过嵌入芯片级量子计量基准，把最高测量精度直接赋予制造设备并保持长期稳定，从而实现对产品制造全过程更准确稳定的感知和最佳控制，有力支撑流程再造、节能减排和质量提升等;将催生新的测量原理、测量方法和测量仪器，众多物理量、化学量和生物量的极限测量等将成为可能，测量仪器仪表形态将全面创新，为我国实施“科技强国”战略，走向工业制造强国，带来重要机遇;无处不在的精准测量将直接促进市场公平交易、实现精准医疗、促进环保节能等，将进一步促进社会诚信建设，降低社会管理成本，惠及生产生活的方方面面。
中国计量科学研究院副院长、国际计量委员会委员段宇宁表示，国际单位制重新定义在测量准确度、测量范围等方面取得技术上的突破进展，使全球测量体系发生重构，也将对管理体系、人们的传统观念带来重大影响。
微博知名科普博主“@科普君XueShu雪树”表示，虽然大多数人感受不到国际单位制的变化，但它的间接影响是相当巨大的，尤其是在各种高科技领域，譬如物理实验、芯片研发、生物制药、化学分析等，这些领域日益增长的高精度需求得到满足后带来的科技飞跃将会惠及每个人。
变革背后的中国贡献
此次国际单位制变革，是世界各国共同的努力，其中也包括中国的贡献。
中国计量科学研究院党委副书记兼纪委书记徐英国告诉记者，中国计量科学研究院作为我国的国家计量院，积极参与到此次国际单位制变革的工作中，在国际单位制基本单位复现新理论、新方法等方面持续开展研究，并在玻尔兹曼常数、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。
据介绍，在此次国际单位制变革的工作中，中国计量科学研究院利用声学法和噪声法两种方法测得的玻尔兹曼常数，为温度基本单位“开尔文”的修订作出了重要贡献。此外，中国计量科学研究院对于质量单位千克的重新定义，提出的焦耳天平贡献了独立的第三种方法;对电流单位“安培”的重新定义，在量子电阻和量子电压方面走在了世界前列;对物质的量单位“摩尔”的重新定义，中国发挥了重要作用，是唯一采用两种不同的方法测量浓缩硅摩尔质量的国家，独创性地建立了高分辨质谱方法，具有更好的信噪比，两种方法均取得很好的测量结果并被正式采用;未来“秒”的重新定义，我国也紧跟国际步伐，已经取得重大进展。
中国计量科学研究院已经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。
据悉，我国将紧紧抓住这次国际计量变革的重大机遇，加强面向国家战略需求的计量基础研究、前沿性研究，制定量子化时代的中国计量发展战略，加快构建国家现代先进测量体系，为建设制造强国、质量强国提供强有力的支撑和保障，更好地发挥计量对提升国家核心竞争力的重要作用。
