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國(guó)際(jì)計量單(dān)位製的重大技術變革

發布時間:2016-12-06 作者: 來源:新華網 瀏覽:1364

    《質檢科技創新“十三五”規劃》對未來5年質檢(jiǎn)科技創新做了係統謀劃和前瞻布局,其中“大力提升參與國際競爭的技術能力”任務中明確部署了“提升(shēng)計(jì)量科技國際競爭力”專欄(lán)。國際單位製的重大技術變革是計量(liàng)科技提升國際(jì)競爭力的(de)重(chóng)要機遇與挑戰,是國家質量技術基礎升級(jí)換代與快速發展的(de)主要驅動力,將對各國(guó)的經濟、科技、社會(huì)等(děng)各方麵產生(shēng)深刻影響。

    國際單位製(SI)是全球統一的計量單位製,是構成國際計量體係的基石,目前的國際單位製中,有時間、長度、質量、電流、溫度、光度和物質的量7個最基本的(de)計量基準。特別是1875年第一次國際計量(liàng)大(dà)會後,各國開始建(jiàn)立世界統一的、以經典物理(lǐ)學為基礎、以實物為(wéi)基準的國際單位製及準確的計量基準,為統一全世界的計量標準起(qǐ)了很好的作用。

    但是,20世紀以來(lái)量子科學的飛速發展,提供了可(kě)以建立更準確的計(jì)量基準的手(shǒu)段(duàn)。例如人們發現一些原子在能級變化時發出(chū)的光譜譜線,其(qí)頻率的穩定度遠遠優於原來用地球運動(dòng)定義的頻率穩定(dìng)度,最穩定的原子譜線(xiàn)可以達到10-18量級甚至更高的穩(wěn)定(dìng)度。如用這樣的譜(pǔ)線頻率(lǜ)來定(dìng)義時間單位的計量基準,其(qí)穩定度(dù)比原來用地球運動定義的時間計量基準高出了十來個數量級。所以國際(jì)計(jì)量大(dà)會(huì)在1968年(nián)已通過改用銫原(yuán)子同位素能級變化時的一根譜線的頻(pín)率來定義時間(jiān)的國際計量基準“秒”,使得時間計量(liàng)基準的(de)穩定性大幅度提高。另一方麵,許多基本物理常數在實驗中表現出是不變的。所以用基本物理常數來定義計(jì)量基準也可(kě)達(dá)到(dào)極高的穩定性。作為典型的例子,光在真空中的傳播速度c就是一個大家熟知(zhī)的基本物理常(cháng)數(shù)。許多實驗(yàn)及(jí)天文觀察證實,真空(kōng)中的光速是不變的。所以長度的計量基準“米”的定義也(yě)改為(1/299792458)秒中(zhōng)光在真空中(zhōng)的傳(chuán)播距離。這樣定義的長度計量基準原則上可以達到(dào)與時間基準相當的穩定度。20世紀60到80年代發現的“約瑟夫森效應”和“量子化霍爾效應”(兩種新效應的發現者均獲得了諾貝爾物理學獎)則給了我們定義電流的計量量(liàng)子基準的手段,也可以達到10-10量級或更高的穩定度。在溫度、光度、質量、物質量方麵,各國也都在努力建立穩(wěn)定性極高的新型計量基準。

    “十二五”期間,我國在國際單位製變革中,已(yǐ)進行(háng)先期布(bù)局,突破了一些關鍵技術,部分成果(guǒ)進入了國際領先行列,但是部分參數的(de)測量結果與國際一流水平仍有較大差距:如德(dé)國(guó)在有關千克重新定義(yì)的阿伏伽德羅常數測量方麵世界領先;美國研(yán)製的下一代時(shí)間頻率基準光鍾的準確度已達50億年僅差1秒。我國尚未建立起以量子物理為基(jī)礎的新一(yī)代計量基標(biāo)準裝置(zhì)和完整的量(liàng)值傳遞體係。

    “十三五”期間,我國應抓住國際單位製變革的重大機遇,深入落實創新驅(qū)動發展戰略,應對國(guó)際單位製(SI)基本單位重新定義的(de)重大變革,高準確地測定普朗克常(cháng)數、玻爾茲曼常(cháng)數和精細結構常數等,全(quán)力推進基本物理常數的精密測定,不斷提升測量結果的準確度,在國際單位製變革中占據更大的(de)權重,構建出以量子基準為核(hé)心的新(xīn)一代計量基(jī)標準體係,在國際計(jì)量(liàng)界確立中國的先進地位,進一步夯(bèn)實國家質量技術基礎,全麵(miàn)支撐我國創新驅動(dòng)戰略(luè)和質量強國戰略。

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