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5·20日世界计量日丨国际单位制(SI)—— 根本性飞跃

作者:佚名  来源:互联网  发布时间:2019年05月20日点击:

     为纪念1875年《米制公约》的签署,每年的5月20日被设立为世界计量日。《米制公约》为全球一致的测量系统奠定了基础,支撑了科学发现和创新、工业制造和国际贸易,以及民生改善和全球环境保护。

  2019年世界计量日的主题是“国际单位制—根本性飞跃”。之所以选择这个主题,是因为2018年11月16日国际计量大会通过了有关修订国际单位制(SI)的决议——这有可能是SI自建立以来最重大的修订之一。这一修订是在对测量新方法,包括对利用量子现象的测量方法的研究基础上实现的。现在,SI建立在与物理定律直接关联的一系列定义之上,其优势是可以随时迎接测量科学与技术的新发展,满足未来用户的长远需求。

  放眼世界,各国国家计量院都在通过研究和验证不同成熟度的新型测量技术,持续推动测量科学进步。各国计量院通过参与由国际计量局(BIPM)组织的比对来确保全球范围测量结果的可靠性。BIPM还为成员国提供了一个共同应对测量新挑战的交流平台。国际法制计量组织(OIML)通过制定国际建议,实现多个领域相关要求的全球一致性和协调性。

  “世界计量日”代表全人类肯定和颂扬所有工作在政府间组织和各国计量机构的计量工作者一年以来所做贡献。

国际单位制(SI)—— 根本性飞跃

  国际单位制(SI)是被世界各国普遍采用的单位制,适用于所有的测量应用。SI的目标之一是为测量提供长期稳定的基础,但它本身并非一成不变,SI一直是一个既注重实际又不断发展的动态体系,不断运用最新科技成果完成自身的变革。

  2018年11月,国际计量大会在凡尔赛召开。大会通过了SI自1960年创立以来最重大的变革。这使SI重新构建在我们当前对自然法则的最高认知上,同时消除了SI与基于实物原器的定义之间的关联。“以量子现象建立基准”的测量新方法是此次变革的原动力,它使SI发生了根本变革。

  2018年11月通过的SI变革,将于《米制公约》签署的周年纪念日,即2019年5月20日“世界计量日”起正式生效。此次变革对未来的影响深远,我们一直高度重视,以确保在变革生效之际,新定义与现行定义是兼容的。除了要求极高的用户外,其他用户将不会注意到此次变革引起的变化,但变革确实意味着:最终,溯源性的建立方式可能会发生改变。与此同时,协调全球测量仪器运行的工作也在不断推进中,它将确保贸易界、工业界和消费者使用任何重量、长度及其它量时,不会感受到与变革前存在任何不同。

  新定义“运用自然法则建立测量规则”,将原子和量子尺度的测量与宏观层面的测量关联起来,实现了“米制”的共同夙愿——为全球测量提供普遍适用的基础。新定义还为未来的测量创新奠定了基础,使秒、米、安培和开尔文定义利用原子和量子现象不断提高准确度水平,达到人类观测能力的极限。(供稿:市场监管总局计量司 中国计量科学研究院


延伸阅读——————

为什么要对SI基本单位进行重新定义


1.当前SI基本单位定义存在问题


现在计量单位的定义使用了多种方式,有实物原器,如国际千克原器(IPK);有特定的物理状态,如开尔文的定义使用水的三相点;还有理想化的实验方式,例如安培的定义;或自然常数,例如用光速来定义单位米。


对于日常规模的测量而言,目前的国际单位制定义已经足够。但是,对现代科学中的极端场景来说,SI这套工具就很糟糕,而且单位定义在某个特定的量级上,则远离的量级越远不确定度越大。例如,目前,毫克量级的测量,其最小相对不确定度至少是千克量级测量的2500倍。开尔文的定义是基于水三相点的定义值,即冰、液态水和水蒸气共存时的温度(定义为273.16开尔文)。当测量与水三相点相差巨大的温度时(比如在1500℃以上加工金属),要想准确地测出这一温度比水三相点相差多少,就变得异常困难。


为了实际使用,计量单位不仅需要被定义,而且为传递还必须物理上得到复现。如果单位的定义是理想状态的,而要想按照定义复现它就存在诸多不便。例如,电流单位安培定义中的“无限长”“圆截面可忽略”等要素,在单位复现时都将引起难以克服的困难。


2.基于人工实物基准的单位定义存在弊端


就人工实物来说,定义和复现是等效的,这虽然简单明了,但实物原器会发生变化以及被损伤和损坏。国际千克原器(IPK)从1889年起就可能开始产生未知的变化和漂移,但它却一直保持着定义标准的地位,而且从世界各地到巴黎去溯源也是一项艰巨的任务。


3.对千克等单位重新定义的条件已经成熟


对计量单位的重新修订,是人们对计量单位长期稳定性的诉求。如果能复现基本单位的具体技术手段,可以随着科学技术的进步而不断与时俱进,而基本单位的定义可以无需更改,那这样的基本单位制将更加科学,也可在更长的时期内为人们服务。


对千克等单位的重新定义,也已经进行了多年的讨论,2007年国际计量大会要求国际计量局及各国计量研究机构积极开展与SI基本单位重新定义有关的研究。经过无数计量学家的不懈努力,解决方案已相继达到标准要求,而且根据现有经验,自然常数的确定完全可以达到相应的准确度,对千克等单位重新定义的条件已经成熟。 


计量单位量子化的影响


计量单位对人们日常生产生活的影响是潜移默化的。计量单位量子化定义后,人们的日常测量活动与以前没有明显不同,从超市中的电子秤到工业大尺寸坐标测量机, 再到实验室中的全血细胞计数,定义修订前后测量的数值都是一样的。


但计量单位的量子化定义能保证SI单位的未来能力,为未来发展奠定基础,所带来的进步将会逐渐显现出来。一是计量单位的量子化定义,能够不断通过提高测量水平来提高单位复现的准确度,而不需要改变单位的基本定义。二是实现国际计量基准的量子化、量值传递溯源的扁平化,将可形成先进的多级全球计量量值中心或区域计量中心并开展量值传递溯源。三是将有力支撑新一轮技术革命,引发一大批技术产业的革命性创新发展。四是基于自然物理常数的计量单位量子化定义,原则上可在整个宇宙范围内通用,将引领人类的步伐迈向地球之外的广阔空间。


追求精准,“进”无止境。精确度的每一步提升都引发了一场技术革命。计量单位的量子化,正改变着我们的未来,但永恒不变的是人类对精准的追求。(华北国家计量测试中心 杨利民 刘中雨 梁艳

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