定了！“国际千克原器”明年退休，基本计量单位迈向量子时代

　　科技日报实习记者 陆成宽

　　这次真要改教科书了！

　　刚刚，正在法国凡尔赛召开的第26届国际计量大会通过了修订国际单位制(SI)的决议。国际单位制中的4个基本单位改由自然常数来定义，并于2019年国际计量日(5月20日)起正式生效。至此，国际单位制7个基本单位将全部由基本物理常数定义。

图为以国际千克原器为基准的校准装置

　　这4个基本单位分别是：质量单位千克、电流单位安培、物质的量单位摩尔以及温度单位开尔文。其中，千克采用普朗克常数定义，安培采用基本电荷量定义，摩尔采用阿佛加德罗常数定义，开尔文采用玻尔兹曼常数定义。

　　尽管这些单位的大小不会发生变化——1千克还将是原来的1千克，但修订后的基本单位，提高了SI的整体稳定性和实用性。

　　“国际单位制的修订是科学进步的一座里程碑。”国际计量局局长马丁·米尔顿表示，“用基本常数作为我们认识和定义质量、时间等自然界基本概念的基础，意味着我们在深化科学认知、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。”

　　决议的通过，预示着用实物基准定义测量单位的方法即将退出历史舞台。“这是我们人类在基本单位体系中首次彻底摆脱了实物基准，将所有基本单位的定义推向‘量子化’的关键一步。”在国际计量局物理计量所功率天平组工作的李世松博士在接受科技日报记者独家采访时表示。

　　基本单位的量子化虽然从表面上人们并不会看到太大的变化，但是它对高精尖科技的发展却至关重要。

　　1967年，时间单位秒采用基于原子跃迁的“原子秒”取代“天文秒”进行定义，这标志着国际单位体系从实物时代开始迈向量子时代。原子时诞生50年来，时间频率的测量准确度跃升1000万倍，成为目前测得最准的物理量。正是基于时间定义的量子化变革，实现了卫星导航定位，其精度更是达到了厘米级别，成就了数万亿美元的卫星导航定位产品与服务市场。

　　100多年间，这6个千克原器复制品与国际千克原器在质量一致性上发生了约50微克的变化。

　　“这么微小的变化，虽然说现阶段还不足以影响人们的日常生活，但其长期积累的效应，无疑会影响国际计量制体系的稳定性，并且会对精密科学研究产生不良影响。”

　　这是因为7个基本单位的定义之间并不是彼此独立的，千克量值的不稳定性，还会影响SI其他基本单位的量值。比如，在基本单位定义中，电流单位安培的定义用到了导出单位牛顿，而牛顿这个单位中就包含质量单位千克。同时，摩尔的定义中也用到了千克。

　　与此同时，以前人们对实物基准，总担心因为天灾或人祸而损毁，而采用基本物理常数重新定义基本单位后，人们就无需考虑这个问题了。并且，在以前，当新的、更准确的计量技术出现时，可能会导致基本单位的定义要被修改。比如，质量单位千克在被定义为国际千克原器的质量之前，还曾被定义为4摄氏度下1立方分米水的质量。

　　“采用基本物理常数定义SI基本单位后，可以在相当长的时间内避免基本单位的定义被反复修改。而且未来随着相关技术的进步，只会不断提升单位量值复现的准确性，但不会轻易改变基本单位的定义。”李世松说。