量子計(jì)量學(xué)單位和測量的基礎(chǔ)

Ernst O.Gbel等著

國際單位制（SI）是世界上使用得最廣泛的測量制，每天都在商業(yè)或科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用，公制是它的現(xiàn)代形式。它通常包括米（m）、千克（kg）、秒（s）、安培（A）、開爾文（K）、燭光（cd）和摩爾（mol）。因?yàn)闇y量技術(shù)的改進(jìn)以及測量精度的提高，單位制在不斷地變化，單位及單位的定義也在不斷地改進(jìn)。目前正在用自然常數(shù)以及它們的量子標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)來重新定義SI。因此，不僅在計(jì)量學(xué)界而且在整個(gè)科學(xué)界，基礎(chǔ)物理和技術(shù)將會(huì)受到更多關(guān)注。本書介紹并闡述了現(xiàn)代物理概念在計(jì)量學(xué)中的應(yīng)用，以及科學(xué)和測量的應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了量子標(biāo)準(zhǔn)在即將發(fā)布的新SI中的應(yīng)用。

本書共9章：1. 引言：簡介了測量標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展史；2. 基礎(chǔ)知識(shí)：講述了SI中測量的基本概念，強(qiáng)調(diào)了測量的不確定性，它是由量子力學(xué)中海森堡測不準(zhǔn)原理決定的，也是各種噪音源引起的。本章闡述了SI中7個(gè)單位的定義，以及新SI中由7個(gè)自然常數(shù)的數(shù)值定義的新單位；3激光冷卻、原子鐘和秒：原子云或離子的激光冷卻技術(shù)可以使溫度降到接近零開爾文，大大改進(jìn)了原子鐘并提高了頻率標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用原子鐘可以重新定義時(shí)間單位（秒）；4. 超導(dǎo)性、約瑟夫森（Josephson）效應(yīng)和磁通量：超導(dǎo)隧道結(jié)的約瑟夫森效應(yīng)是定義量子電壓標(biāo)準(zhǔn)和電壓單位的基礎(chǔ)；5. 量子霍爾效應(yīng)：異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的量子霍爾效應(yīng)是定義量子電阻標(biāo)準(zhǔn)及單位歐姆的基礎(chǔ)；6. 單電荷轉(zhuǎn)移裝置和新安培：根據(jù)新國際單位制，電流的單位（安培）是通過計(jì)數(shù)單位時(shí)間內(nèi)基本電荷實(shí)現(xiàn)的，為此必須在隧道結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)單電子傳輸；7. 普朗克常數(shù)、新千克和摩爾：質(zhì)量單位（千克）的定義是以普朗克常數(shù)為基礎(chǔ)的，利用阿伏伽德羅常數(shù)定義了摩爾；8. 玻爾茲曼常數(shù)和新開爾文：借助于玻爾茲曼常數(shù)定義了熱力學(xué)溫度的單位（開爾文）；9. 單光子計(jì)量學(xué)和量子輻射計(jì)：介紹了發(fā)射非經(jīng)典光的單光子光源以及光子檢測器；10. 展望：討論了量子計(jì)量學(xué)今后的發(fā)展。每章的結(jié)尾有參考書目。本書目錄的后面有前言、序言和縮寫字表。書的末尾有主題索引。

本書第一作者Ernst O.Gbel是德國國家計(jì)量研究所教授，是計(jì)量學(xué)領(lǐng)域資深的科學(xué)家，曾擔(dān)任德國國家計(jì)量研究所所長職務(wù)長達(dá)16年之久，也是國際計(jì)量委員會(huì)成員，并多年擔(dān)任國際計(jì)量委員會(huì)主席職務(wù)。他和第二作者Uwe Siegner都是德國不倫瑞克理工大學(xué)（Technical University of Braunschweig）資深的老師，本書是以他們講稿為素材撰寫而成。

本書的讀者對(duì)象是高年級(jí)大學(xué)生、研究工作者、科學(xué)家以及在現(xiàn)代計(jì)量學(xué)領(lǐng)域工作的專業(yè)人員，也適合于對(duì)即將頒布的SI定義感興趣的一般讀者。

劉克玲，退休研究員

（中國科學(xué)院過程工程研究所）