計量標準迎來新紀元

第26屆國際計量大會通過了關于“修訂國際單位制”的決議。根據決議，國際單位制基本單位中的千克、安培、開爾文、摩爾分別改由普朗克常數、基本電荷常數、玻爾茲曼常數、阿佛加德羅常數定義。決議將于下一個國際計量日即2019年5月20日正式生效。

盡管這些單位的大小不會發生變化——1千克還是原來的1千克，但修訂后的4個單位將與秒、米和坎德拉一起，共同提高國際單位制的整體穩定性和實用性。

國際測量界一直致力于建立一個“全球通用”的測量系統，用實物作為測量基準雖是可行的方式，但也是測量界想要盡早摒棄的方式。

值得注意的是，這次修改重寫了“大K”的命運（“1千克”這一質量單位由一個直徑和高度均約為39mm的鉑銥合金圓柱體定義，即“國際千克原器”，外號“大K”）。“大K”原器保存在巴黎西郊一間地下儲藏室內。

法國塞夫勒的國際度量衡局（BIPM）每隔40年左右就會把“大K”取出來，在世界各地校準重量。但其質量受空氣污染和氧化等因素影響出現了細微變化，已難以適應現代精密測量的要求。因此科學界一直想用一種基于物理常數的定義將其取代。

從2019年國際計量日開始， “大K”將繼續以原有狀態被保存在法國塞夫勒的布勒特伊宮地下保險箱內，為新定義相關研究和國際比對發揮“余熱”，但它不再出現于任何物理公式中。

“用基本物理常數普朗克常數重新定義千克后，質量基本單位更加穩定，量值傳遞更加可靠，我們不必再考慮‘大K質量是否發生變化，更不必擔心因‘大K丟失、損壞而可能給全球質量量值統一帶來的毀滅性災難。” 中國計量院從事質量新定義研究的研究員李正坤介紹。

在新定義生效前后，計量單位的大小不會發生顯著變化，也就是說，1千克還是原來的1千克，測量結果在很高的準確度水平上仍然是一致的。那么，這次修訂又有什么意義？

“這好比給房子換了一個更堅固的地基，雖從表面上看不出任何變化，但它可能已經發生了實質性的轉變——使房子變得更牢固了。” BIPM局長馬丁·米爾頓說。

早在20世紀中葉，隨著量子技術的發展，人類對各種物理量的測量準確度得到了極大的提高，時間、長度的國際單位先后經歷了修訂。2005年，國際計量委員會起草了關于采用基本物理常數重新定義部分國際單位制基本單位的框架草案，建議采用普朗克常數定義千克等，并鼓勵有能力的國家級實驗室開展相關研究工作。

截至目前，中國計量科學研究院已在玻爾茲曼常數、普朗克常數和阿佛加德羅常數等物理常數測量以及量子基準的建立方面取得了一系列突破，他們還利用聲學法和噪聲法兩種方法測得玻爾茲曼常數，為國際單位制溫度基本單位開爾文的修訂做出了重要貢獻。

BIPM官方聲明顯示，該局將在千克重新定義以后繼續開展關于千克復現基準方法的國際比對，并得出千克的國際“共識值”。建有相關復現裝置的國家計量院必須在“共識值”的基礎上依據新定義進行量值傳遞，直到其獨立復現的不確定度達到與“共識值”相當的水平。

中國計量院已獨立建立了基于新定義的千克復現裝置，并成功研制了真空質量測量和質量標準傳遞裝置，以保障未來我國質量量值與國際等效一致。

國際單位制是全球一致認可的測量體系，包括7個基本單位，分別是長度單位“米”、質量單位“千克”、時間單位“秒”、電流強度單位“安培”、熱力學溫度單位“開爾文”、物質的量單位“摩爾”和發光強度單位“坎德拉”。（據中國科學報）