文章出處：中國計(jì)量院    責(zé)任編輯：

每年5月20日，是世界計(jì)量日。今天起，重新定義后的國際單位制正式生效，至此，國際單位的7個(gè)基本單位將全部由基本物理常數(shù)定義。

2018年11月16日，第26屆國際計(jì)量大會(huì)通過了關(guān)于修訂國際單位制的決議。國際單位制七個(gè)基本單位中的四個(gè)，即質(zhì)量單位“千克”、電流單位“安培”、熱力學(xué)溫度單位“開爾文”和物質(zhì)的量單位“摩爾”將分別改由普朗克常數(shù)、基本電荷、玻爾茲曼常數(shù)和阿伏伽德羅常數(shù)來定義；另外三個(gè)基本單位，即時(shí)間單位“秒”、長度單位“米”和發(fā)光強(qiáng)度單位“坎德拉”的定義將保持不變，但是定義的表達(dá)方式會(huì)有一定改變，以與修訂后的四個(gè)基本單位的新定義表達(dá)方式保持一致。2019年5月20日，重新定義后的國際單位制正式生效。

自此，七個(gè)基本單位將全部通過不變的自然常數(shù)來定義，用這些不變的常數(shù)作為測(cè)量基礎(chǔ)，意味著這些單位的定義在未來也是可靠的、不變的。

自2019年5月20日起，國際單位的7個(gè)基本單位將全部由基本物理常數(shù)定義，這些常數(shù)如下：

- 銫133原子基態(tài)的超精細(xì)能級(jí)躍遷頻率DνCs為 9 192 631 770 Hz，

- 真空中光的速度c為299 792 458 m/s，

- 普朗克常數(shù)h為6.626 070 15′10-34Js，

- 基本電荷e為1.602 176 634′10-19 C，

- 玻爾茲曼常數(shù)k為1.380 649′10-23 J/K，

- 阿伏伽德羅常數(shù)NA為6.022 140 76′1023 mol-1，

- 頻率為540′1012Hz的單色輻射的發(fā)光效率Kcd為683 lm/W，

其中，單位赫茲、焦耳、庫倫、流明、瓦特的符號(hào)為Hz、J、C、lm、W，它們分別與單位秒（s）、米（m）、千克（kg）、安培（A）、開爾文（K）、摩爾（mol）、坎德拉（cd）相關(guān)聯(lián)，相互之間的關(guān)系為Hz = s-1，J = kg m2 s-2，C = A s, lm = cd m2 m-2= cd sr，W = m2 kgs-3。

自2019年5月20日起，SI基本單位采用以下定義：

- 秒，符號(hào)s，SI的時(shí)間單位。當(dāng)銫的頻率DnCs，即銫-133原子基態(tài)的超精細(xì)能級(jí)躍遷頻率以單位Hz，即s-1，表示時(shí)，將其固定數(shù)值取為9 192 631 770來定義秒。

- 米，符號(hào)m，SI的長度單位。當(dāng)真空中光的速度c以單位m/s表示時(shí)，將其固定數(shù)值取為299 792 458來定義米，其中秒用DnCs定義。

- 千克，符號(hào)kg，SI的質(zhì)量單位。當(dāng)普朗克常數(shù)h以單位J s，即kg m2 s-1，表示時(shí)，將其固定數(shù)值取為6.626 070 15′10-34來定義千克，其中米和秒用c和DnCs定義。

- 安培，符號(hào)A，SI的電流單位。當(dāng)基本電荷e以單位C，即A s，表示時(shí)，將其固定數(shù)值取為1.602 176 634′10-19來定義安培，其中秒用DnCs定義。

- 開爾文，符號(hào)K，SI的熱力學(xué)溫度單位。當(dāng)玻爾茲曼常數(shù)k以單位J K-1，即kg m2 s-2K-1，表示時(shí)，將其固定數(shù)值取為1.380 649′10-23來定義開爾文，其中千克、米和秒用h，c和DnCs定義。

- 摩爾，符號(hào)mol，SI的物質(zhì)的量的單位。1摩爾精確包含6.022 140 76 ′1023個(gè)基本粒子。該數(shù)即為以單位mol-1表示的阿伏伽德羅常數(shù)NA的固定數(shù)值，稱為阿伏伽德羅數(shù)。

    一個(gè)系統(tǒng)的物質(zhì)的量，符號(hào)n，是該系統(tǒng)包含的特定基本粒子數(shù)量的量度。基本粒子可以是原子、分子、離子、電子，其它任意粒子或粒子的特定組合。

－坎德拉，符號(hào)cd，SI的給定方向上發(fā)光強(qiáng)度的單位。當(dāng)頻率為540′1012Hz的單色輻射的發(fā)光效率以單位lm/W，即cd sr W-1或cd sr kg-1m-2 s3，表示時(shí)，將其固定數(shù)值取為683來定義坎德拉，其中千克、米、秒分別用h, c 和DnCs定義。

變革帶來的影響

這次以物理常數(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)國際計(jì)量單位制重新定義，意味著所有SI單位將由描述客觀世界的常數(shù)定義。重新定義開啟了任意時(shí)刻、任意地點(diǎn)、任意主體根據(jù)定義實(shí)現(xiàn)單位量值的大門，將對(duì)經(jīng)濟(jì)、科技與民生等都將產(chǎn)生深刻影響。

1.將改變國際計(jì)量體系和現(xiàn)有格局。

重新定義使得計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)與信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)量值傳遞的鏈路不wei yi和扁平化，使量值溯源鏈條更短、速度更快、測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)更穩(wěn)，將徹底改變過去依靠實(shí)物基準(zhǔn)逐級(jí)傳遞的計(jì)量模式，解決了費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下、誤差放大等問題。

2.將顯著提升國家計(jì)量管理效能。

新的國際計(jì)量單位制和量子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，將使得計(jì)量基準(zhǔn)可隨時(shí)隨地復(fù)現(xiàn)，將zui準(zhǔn)“標(biāo)尺”直接應(yīng)用于生產(chǎn)生活，大幅縮短量值傳遞鏈。

3.將有力支撐新一輪工業(yè)革命。

通過量子計(jì)量基準(zhǔn)與信息技術(shù)的結(jié)合，使量值傳遞鏈條更短、速度更快、測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)更穩(wěn)，深度契合了以信息物理系統(tǒng)為基礎(chǔ)、智能制造為主要特征的新一輪工業(yè)革命。通過嵌入芯片級(jí)量子計(jì)量基準(zhǔn)，把zui高測(cè)量精度直接賦予制造設(shè)備并保持長期穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品制造過程的準(zhǔn)確感知和zui佳控制。

4.將引發(fā)儀器儀表產(chǎn)業(yè)的顛覆性創(chuàng)新發(fā)展。

國際計(jì)量單位制實(shí)現(xiàn)量子化，新的測(cè)量原理、測(cè)量方法和測(cè)量儀器孕育而生，集多參量、高精度為一體的芯片級(jí)綜合測(cè)量，不受環(huán)境干擾無需校準(zhǔn)的實(shí)時(shí)測(cè)量，眾多物理量、化學(xué)量和生物量的極限測(cè)量等均成為可能，進(jìn)而催生測(cè)量儀器儀表形態(tài)的全面創(chuàng)新。

總之，國際單位制的變革是科技進(jìn)步的縮影，科技創(chuàng)新和質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)將由此變得更加牢固。人類的測(cè)量體系將首次沖破地球的束縛，邁向遙遠(yuǎn)的宇宙和無盡的未來，并將不斷前行。?

什么是國際單位制（SI）？

國際單位制SI是從“米制”發(fā)展起來的國際通用的測(cè)量語言，是人類描述和定義世間萬物的標(biāo)尺。國際單位制規(guī)定了7個(gè)具有嚴(yán)格定義的基本單位，分別是時(shí)間單位“秒”、長度單位“米”、質(zhì)量單位“千克”、電流單位“安培”、溫度單位“開爾文”、物質(zhì)的量單位“摩爾”和發(fā)光強(qiáng)度單位“坎德拉”。它們好比7塊彼此獨(dú)立又相互支撐的“基石”，構(gòu)成了國際單位制的“地基”。國際單位制規(guī)定的其它單位，如力的單位牛頓、電壓?jiǎn)挝环?、能量單位焦耳等等，都可以由這7個(gè)基本單位組合導(dǎo)出。

國際單位制（SI）的起源可以追溯至1875年——17國簽署《米制公約》并正式同意推行統(tǒng)一的國際測(cè)量體系。簽署公約的初衷是為了支撐國際貿(mào)易、商業(yè)以及科學(xué)交流，過去是，現(xiàn)在是，將來也不會(huì)改變。

“米制”在創(chuàng)立時(shí)的愿景即是“為全人類所用，在任何時(shí)代適用”。其初衷是用一種全球一致的“自然常數(shù)”而非某種主觀的標(biāo)準(zhǔn)來定義單位，從而保障單位的長期穩(wěn)定性。1米zui早被定義為通過巴黎的地球子午線長度的四千萬分之一。而面積、體積和質(zhì)量等貿(mào)易、商業(yè)以及稅收等領(lǐng)域所需的其它單位，則通過“米”來定義。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，到1960年，第11屆CGPM將包含六個(gè)基本單位的單位制命名為國際單位制（SI），即：米、千克、秒、安培、開爾文和坎德拉。國際單位制（SI）相關(guān)單位被世界共同采納。1967年，基于銫原子的特性，即基態(tài)超精細(xì)能級(jí)躍遷的頻率重新定義了秒，實(shí)現(xiàn)了從“天文秒”到“原子秒”跨越。1971年，第14屆CGPM將摩爾（物質(zhì)的量的基本單位）列為SI基本單位之一。1983年，米被定義為光在真空中于1/299 792 458秒內(nèi)行進(jìn)的距離，這是SI中的基本單位首次以基本常數(shù)——光速來定義。

經(jīng)過全球各國國家計(jì)量院以及國際計(jì)量局多年的研究，證明基于基本常數(shù)來定義SI的基本單位具有足夠的準(zhǔn)確性。國際測(cè)量體系將有史以來首次全部建立在不變的自然常數(shù)上，保證了SI的長期穩(wěn)定性和環(huán)宇通用性。這項(xiàng)成就是所有國家計(jì)量院與國際計(jì)量局責(zé)任與擔(dān)當(dāng)?shù)捏w現(xiàn)，正是他們?cè)谶@些研究機(jī)構(gòu)中開展的潛心研究以及在國際范圍內(nèi)開展的通力合作，造就了這樣的成就。

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