“從實物到量子”
原子時誕生50周年學術（shù）報告會序言（yán）

　　1952年，全球第一台原子（zǐ）鍾在英國橫空出世。其後，更多先進的原子鍾（zhōng）在美、法等國問世。鑒於原子鍾卓越的準確度和穩定性，1967年第13屆國際計量大會（CGPM）重新定義了SI秒??用133Cs原子基態兩個超精細能級間的躍（yuè）遷頻率替代了原有基於地球（qiú）公轉和自轉的秒。這標誌著原子時的誕生，宣告著一個以量子定義時間的新時代正式（shì）到來。今天，全球最好的銫原子噴泉鍾不確定（dìng）度已經達到（dào）了（le）1E-16量級，比地球運（yùn）動的穩（wěn）定（dìng）性高8個數量（liàng）級，相當於幾億年不差一秒。

　　量子計量（liàng）基準的出現，還為（wéi）傳統實物（wù）計量標準受限於材料和工藝、最高基準受（shòu）限於時空、傳遞鏈過長導致準確度連（lián）續下降等問題提供了全新的解決途徑。

　　根據國際計量局BIPM決議，第26屆國際計量（liàng）大會即（jí）將（jiāng）於2018年11月在法國法爾賽宮舉行。該屆會議將最終審議新的（de）SI修訂案，其中質量單位千克（kg）、溫度單位開爾文（K）、物質的量單位（mol）將分別基於（yú）普朗克（kè）常數h、玻爾茲曼常數kB和阿佛加德羅常數NA重新定義；電學基本量電流將被基本電荷常數e取代，從基本量變（biàn）為導出量。包括長度在內的其他SI單位基本量全部實現對時間頻率溯（sù）源，這為 “量值溯源扁平化”奠定了堅實基礎。屆時，SI單位的（de）量子化變革將全部完成。

　　如今，經過50年孕育、發展和洗禮的銫原子時（shí）間頻率基準，也（yě）受（shòu）到了新一代光鍾發起的挑戰。在人類認知自己、認知自然的道路（lù）上，量子技術（shù）再一次成為全世界（jiè）關（guān）注的焦點。量子計量作為定義世界的標尺，也必將為人類前行注入不竭動力。

　　從曆史上看，國際單位製的（de）每一次變革，皆會對國家科技、經濟（jì）、社會等各個方麵產生積極而深遠的影響。為（wéi）此，中國計（jì）量科學研究院擬於8月31日上午在（zài）國家會（huì）議（yì）中心舉辦“從實物到量子??原子時誕生50周年”學術（shù）報告會，從不（bú）同維度詮釋計量從實物走向原子的演變過程和未來發展應用趨勢，為我國科學製定應對（duì）單位製變革的（de）發展戰略提供有益的參考。

SI是什（shí）麽？
　　SI單位（wèi）是全球測量基礎，它們就像房屋的地基，如果地基不牢靠，房屋就可能倒（dǎo）塌。如（rú）果沒有正確（què）地建立測量基（jī）礎，將會對所有（yǒu）依賴於測（cè）量基礎（chǔ）的其它事（shì）物產生負麵影響（xiǎng）。由於測量在科學、技術和我們的日常生活中無處不在，因此這些測量基礎十分重要。這些測量基礎給我們（men）帶來信心（xīn）。

　　我（wǒ）們完全信賴商店中食品標簽上顯示（shì）的（de）重量（liàng），我們不會帶著自己的秤去檢查（chá）他們（men）是否可信??雖然這（zhè）些重量由交易標準進行規範（fàn），但是最終實現可信測量的是靠SI質量單位（wèi）這一基礎支撐（chēng）。

　　SI是國（guó）際智慧和解（jiě）決（jué）方（fāng）案，是測量的通用語言。計量是全球各國與經（jīng）濟（jì）體的共同合作（zuò）的舞台。即將舉行的（de）2018年國際計量大會將達成對（duì）SI變革的（de）全球（qiú）共識。

SI體係的製定（dìng）
　　國際計（jì）量大會（CGPM）每4-6年舉行一次（cì）全部（bù）成員國派代表參加的大會。CGPM基（jī）於（yú）國際計量委員會（CIPM）的建議，接受、討論並認可關於SI的新進展（zhǎn）。

　　CIPM由CGPM提名（míng）的來自擁有較高科技地位國家的18位委員組成，每年舉行會議，並對關於SI的行政和技術事務提出建議。由58個成員國和41個附屬成員國代（dài）表通（tōng）過多個委員會共（gòng）同努力，為實現共同利（lì）益確保（bǎo）測量的相（xiàng）互間可比和（hé）一致。

　　國際計（jì）量局（BIPM）是位於法國塞夫勒的國際計量的中心，保（bǎo）存著國際千克原器。BIPM為CGPM的（de）成員國提供（gòng）計量服務，並為CIPM出謀劃策，BIPM是以上（shàng）這些機構的秘書處所在地，為國家或區域性（xìng）計量機構提供協調服務，並為其（qí）組織正式會議。最初BIPM的主要計量（liàng）任務是將各國的米和千克原（yuán）器與定義SI的國際原器進行定期比對和重新校準，如（rú）今它的主要角色是全（quán）球計量（liàng）體係的中樞。

現行單（dān）位製麵臨的兩大挑戰
　　1.依（yī）賴於現存的實物原（yuán）器-國（guó）際千克原器（IPK）

　　許多測量都（dōu）源自實物原器，比如米尺，但是IPK是目前僅存的定義某個測量單位的實物原（yuán）器。

　　實物原器會發生變化，被損（sǔn）傷或毀壞。此外，想從世界的某個地點實現可靠（kào）溯源至IPK是一項艱巨的任務。從根本上而言，IPK的質量很不穩定，並且從1889年起它就可能開始產生未（wèi）知的變化，但它卻仍然保持（chí）著定義標準（zhǔn）的地位。目（mù）前，全世界各國的國家千克原器需要（yào）定（dìng）期運送到位於法國的IPK保存地BIPM，對其進行重量比對。運送原器這一行為本身就會給各國（guó）的原器帶來（lái）風險（xiǎn）。

　　用其它更為基本和穩定的東西替代SI單位製中的最後一個實物原器（IPK）是近200年來SI單位製的夙願，如今這一願望即將（jiāng）實現。

　　2.SI單位定義和複現的組合

　　測量的兩個重要方麵包括單位的定義（比如厘米）和用於測量的方法（比如用尺子）。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況下也能實現更完善的複現過程。

　　因此將定（dìng）義建立在（zài）基本常數的基礎之上十分重要，由於常數不（bú）變，因（yīn）此它們的數值和定義能夠（gòu）在相當長的時間內（nèi）保持穩（wěn）定。同時能夠鞏固SI單位，並將其從內部（bù）關聯起來。

　　SI單位修訂之後，將使用（yòng）以下基本常（cháng）數：
真空中的光速c =299 792 458 m s?1
普朗克常數h = 6.626 06X ?10?34 J s
基本電荷e = 1.602 17X?10?19 C
玻（bō）爾茲曼常數 kB = 1.380 6X?10?23 J K?1
阿伏伽德羅常數NA = 6.022 14X?1023 mol?1
頻率為（wéi）540 ? 1012 Hz的單色光輻射的發光效率Kcd為683流明每（měi）瓦特

　　目前普朗克常數的測量方式基於SI單位，但是最終將根據吊（diào）桶天平和阿伏伽德羅實驗的結果確定（dìng）一（yī）個（gè）固定數值。普（pǔ）朗克常數將被定義為6.626 06X?10?34焦（jiāo）耳秒，這反過來也定義了焦耳秒（J?s）這一單位。（X表示未知的最終數（shù）值）

　　使（shǐ）用不變的自然法則使我們能（néng）夠創造不變的測量（liàng）規則。使用自然常數使我們能夠把（bǎ）最小（xiǎo）的到最大的物理量關聯起來。將原（yuán）子（和量子）尺度與（yǔ）那些宏觀層麵的測量關聯在一起。這是變革的魅力所在。

　　變革標誌著重大進展。如今科學進步使我們能夠向更好（hǎo）的（de）未來邁進，同時還（hái）能保證實際（jì）用戶所需的延續性。SI重新定義將成為未來創新的跳板。