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国际计量单位制变革及影响暨“从实物到量子”

2022-02-24 14:16:46

     一度有多少?一千克有多重?……2018年召开的第26届国际计量大会将会给出新的答案。据悉,即将于2018年召开的第26届国际计量大会,将审订新的SI修订案,千克(kg)、开尔文(K)、摩尔(mol)、安培(A)4个基本单位将被重新定义。

        记者从今天在京召开的“从实物到量子——原子时诞生50周年”学术报告会上获悉,即将于2018年召开的第26届国际计量大会,将审订新的SI修订案,千克(kg)、开尔文(K)、摩尔(mol)、安培(A)4个基本单位将被重新定义。值得注意的是,将基本单位与宇宙中恒定不变的量或基本物理常数联系起来,必将催生国际单位制又一根本性的变革,也将对全球经济社会发展和科技创新产生深远影响。


由中国计量科学研究院主办的“从实物到量子——原子时诞生50周年”学术报告会从秒定义的变迁、单位制的变革、量子化发展与应用以及各国应对单位制变革的战略和计划等方面,诠释计量从实物走向原子的演变过程和未来发展应用趋势,面临的机遇和挑战,为我国科学制定应对国际单位制变革的发展战略提供有益的参考。


会议邀请国际计量局荣誉局长泰瑞·奎恩博士(TerryQuinn),国际计量委员会副主席、国际单位制咨询委员会主席、德国联邦物理技术研究院院长乌尔里奇博士(JoachimUllrich),中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟院士(PanJianwei),国际计量局局长马丁·密尔顿博士(MartinMilton)等顶级专家,分别就“秒定义的变迁和原子时的诞生”、“单位制变革的现状和德国国家计量院在重新定义后的战略”、“量子信息前沿进展”、“重新定义后国际计量局的任务和战略”、“美国国家计量院就新单位制复现开展的工作和关于新单位制量传的计划”等内容进行专题报告。


会前,。


,“原子时”正式取代“天文时”50年来,在时间新定义的带动下,世界正在发生着翻天覆地的新变化,人类认知世界的测量精度不断得到提升、测量范围不断得到扩大,测量应用的领域也不断拓展。作为世界计量发展的重要组成部分,、积极参与和支持计量量子化变革,不断完善中国计量体系,提升国家整体测量能力和水平。特别是近年来,一些基础性、前沿性计量科研成果不断涌现。今后,,围绕国家战略前沿领域创新需求,加快新一代高准确度、高稳定性量子计量基准研究,逐步建立完善国家先进测量体系,为世界计量的创新发展做出应有的贡献。


据悉,为应对国际单位制变革,近几十年来,我国的国家计量院——中国计量科学研究院持续开展与国际单位制有关的基础前沿研究。从上世纪80年代起,该院就陆续启动了电学量子基准、铯原子喷泉钟、光钟等的研究,目前均达到国际先进水平。2005年以来还开展了旨在应对SI重新定义的部分基本物理常数精密测量的研究工作。其中,玻尔兹曼常数测量用两种不用的方法均取得了很好的测量结果,被国际基本常数委员会(CODATA)收录,为该常数定值做出了实质性贡献。研制的国家时间频率基准——NIM5铯原子喷泉钟目前实现的准确度为2000万年不差一秒,并通过国际计量局认可参与驾驭国际原子时(TAI)。

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          对SI进行重新定义的目的是使其具备未来适应性。如果我们将SI视为对所有量进行测量的基础,我们希望这一基础在未来始终保持坚固。当一个体系承受始料未及的压力时,它可能出现裂缝。当我们要求测量不断实现更高的准确度,或者在极端环境下开展测量时,如果测量单位在定义之初没有考虑到以上这些情况,我们的单位制就会承受极大的压力。有变革之前,世界各国已经用了数十年的时间用实验测试基础物理常数与单位制之间关系。试想一下那些在建造之初没有预见到需要应对如此沉重现代交通压力的桥梁和道路。

  要对一个大于1千克的物体称重,我们需要将更多的千克加在一起,因此可重复性能够让你实现这种增加。反过来说,对一个小于1千克的物体称重时我们需要对千克进行分割。分割的越小,越难实现准确性。把一块巧克力切成20份也许很容易,切成2000份就没那么简单了。然而,许多行业已经开始进行微克甚至纳克级别的测量,比如在医药业中,确保片剂中的准确药量十分重要。我们的目标是确保所有尺度的测量都能实现同等级别的准确度。

  这种数值与标准值相差甚远的测量问题对于温度测量而言更加严峻。现有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。为了在全世界范围内建立可靠的测量方法,目前我们使用一本所谓“食谱”中的不同方法与水三相点进行比对。然而在重新定义之后,温度测量将不再需要与水三相点关联,用户可以使用任意一种符合其要求的基本测量方法。这种变化尚不明显,但是它将带来许多可能的技术进步。


  作为测量基准的保存机构,我们需要确保测量具有未来适应性和长期可靠性。



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