誰參與了SI體係(xì)的製定?
國(guó)際計量大會(CGPM)每4~6年舉行一次全部成員國派代表參加(jiā)的(de)大會。CGPM基於(yú)國際計量委員會(CIPM)的建議,接受(shòu)、討論並認(rèn)可關於SI的(de)新進展。
國際計量委員會(huì)(CIPM)由CGPM提名的來自擁(yōng)有較高科技地位國(guó)家(jiā)的18位(wèi)委員組成,每年舉行會議,並對關於SI的行政和技術(shù)事務提出建議。由58個成(chéng)員國和41個附屬成員國代表通過多個委員會共同努力,為實(shí)現共同利益確保測(cè)量的相互(hù)間可比和一致。
位(wèi)於法國的國際計量局(BIPM)是國際(jì)計量的中心,保存著國際千克原器。BIPM為CGPM的成員國提供計量(liàng)服(fú)務(wù),並為CIPM出謀劃策,為國(guó)家或區域(yù)性計量機構提供協調服務,並為其組織正式會議。最初BIPM的主要計量任(rèn)務是將各國的米和千克原(yuán)器與(yǔ)定(dìng)義SI的國際原器進行定期比對(duì)和重新校準,如今它的(de)主要角色是全球計量體係的(de)中樞。
為什麽要進行國際單位製重新變革
現(xiàn)行的國際單位製下,許多測量(liàng)都源(yuán)自實物原器,比如米尺、砝碼等。國際千克原器(IPK)是目前僅存的定義質量單位“千克”的實物原器。實(shí)物原器(qì)可能會發生(shēng)變(biàn)化,被損(sǔn)傷(shāng)或毀壞。目前,全世界各國的(de)國家千克原器需要定期運送到位於法國的IPK保存地BIPM,對其進行重量比對。運送原(yuán)器這一行為本身就會給各國的原器帶來風險。同時更重要的(de)是IPK的(de)質量很不穩定,並且從1889年起它就可能(néng)開(kāi)始產生未知的變化,但它卻仍然保持著定義標準的地位(wèi)。
測量的兩個重要方(fāng)麵包括單位的定義(比如厘米)和用於測量(liàng)的(de)方法(比(bǐ)如用尺子)。如果將兩個概念分離,定義能夠保持穩定,同時在不需要對體係進行重大修訂的情(qíng)況下也能(néng)實現更完善的複現過程。
20世紀80年代開始,量子力學的發展催生了國際單位製又一次重大(dà)變革,國際計量界決定(dìng)對國際單位製基本單位進行(háng)重(chóng)新定義。自2018年起對(duì)國際單(dān)位製基(jī)本(běn)單位(wèi)將予重新定義。將國際單位製的7個基本單位與宇宙(zhòu)中恒定不變(biàn)的(de)量或基本(běn)物理常數聯係起來(lái),以量子物理為基(jī)礎的自然基準取代實物基準,這樣就不會受到空間和時(shí)間改變(biàn)的(de)影響,同時測量準確度等技術指(zhǐ)標得以大幅度提(tí)高,帶(dài)動大(dà)部分量的測量準確(què)度得到提高,進而對(duì)科技的進步和經(jīng)濟社會的發(fā)展產生重大促(cù)進。SI重新定義(yì)將成為未(wèi)來創(chuàng)新的(de)跳板。如長度單位,曆史上曾經以一個國家君主的身體尺寸確定,不(bú)同君主差別很大;後來確定為地球(qiú)子午線的四千(qiān)萬分之一,製(zhì)作的國際米原器(qì)保存在國際計量局,準確度可以達到(dào)0.1微(wēi)米,也就是千萬分之一米,大約相當於一根頭發(fā)直徑(jìng)的(de)千分之一;現在米定義為光在真空(kōng)中1/299792458秒(miǎo)(接近三(sān)億分之一秒)所走(zǒu)的距離(lí),並建立了自然基準,準確度比國際米原器又(yòu)提高(gāo)了幾千倍。
國際(jì)計量變革意(yì)義重大
2018年,國際計量單位製將重新定義,計量技術體係也將經曆曆史性變革,世界測量技術規則將予重構,國際計量變革的(de)意義重大。由此帶來的影響廣泛而深刻。
作(zuò)為國際計量(liàng)單位製的基礎、核(hé)心和關(guān)鍵,時間頻率基準已率先完成量子化變革,其定義從“天(tiān)文時”轉變為基於原子能級躍遷(qiān)的“原(yuán)子時”,測量準確度(dù)迅速提升了1000萬倍以上。正是基於時間(jiān)定義的量(liàng)子化(huà)變革,實現了衛(wèi)星導航(háng)定位,其準確度更是(shì)達到了(le)厘米級別,成(chéng)就了數萬億美元的衛星導航定位(wèi)產品與服(fú)務市場。時間定義的變革還將快速催生長度、電學、溫度、質量等單位的重新定義。例如(rú),長度單位“米”不再是傳統米尺,而(ér)定義為激(jī)光在真空中三億分之一(yī)秒所走距離,由此使(shǐ)長度測量(liàng)進入了原子級別。伴隨測量準確(què)度(dù)大幅提升,一大批革命性(xìng)的新技術由此(cǐ)誕(dàn)生,帶來產(chǎn)業的跨越式發展。如精準測量支撐了(le)納(nà)米技術和石墨烯的應用、提升(shēng)了先進製(zhì)造中航空發動機的準確度、推動了精準醫(yī)療產業的發展、決定了核潛艇偵測和隱身技術的(de)競爭成敗等。
我國在國際計量重大(dà)變革中的應(yīng)對
開展與國際單位製有關的(de)基(jī)礎前沿研究一直是我國的(de)國家計量院??中(zhōng)國計量科學研究院科研工作的一個重點。該院從20世紀80年代起陸續啟動了電學量子基(jī)準、銫原子噴泉鍾、光鍾等的研究;2005年以來開展旨在應對SI重新定義的部分基本物(wù)理常數精密(mì)測(cè)量的研究工作。目前已在多個(gè)領域實現重大創新和突破,為我國實(shí)質性參(cān)與國際基本單位的(de)重新定義做出了重大貢獻(xiàn)。如在時間領域,目前我國的國家秒長基(jī)準裝置是中國計量科(kē)學研究(jiū)院研製(zhì)的NIM5銫噴泉鍾,其準確度相當於2000萬年不差1秒(miǎo);該院正在研製NIM6,預計2018年完成,屆時準確度(dù)也會達到6000萬(wàn)年不差(chà)一秒。基於新的原理(lǐ)的光鍾比(bǐ)銫原子鍾具有更(gèng)好的穩定度(dù)和(hé)準確度潛力,2015年9月,中國計量院研(yán)製的鍶原子光晶格鍾(zhōng)準確度相當於(yú)1.38億年(nián)不差一秒。
目前玻爾茲曼常數和普朗克常數的最新測量結果已被CODATA所采用(yòng)。在(zài)溫(wēn)度領域的波爾茲曼常數測量方麵,目前(qián)國際上(shàng)隻有中國計量科學研究院和美國NIST能夠做到同(tóng)時采用兩種不同方法獲得高水平(píng)的玻爾茲曼常數測量結果並相互(hù)印證,為溫度單(dān)位“開爾文(wén)”重新定義作出了(le)中國貢獻。