誰(shuí)參與了SI體系的制定？
國(guó)際計(jì)量大會(huì)(CGPM)每4～6年舉行一次全部成員國(guó)派代表參加的大會(huì)。CGPM基于國(guó)際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)的建議，接受、討論并認(rèn)可關(guān)于SI的新進(jìn)展。
國(guó)際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)由CGPM提名的來(lái)自擁有較高科技地位國(guó)家的18位委員組成，每年舉行會(huì)議，并對(duì)關(guān)于SI的行政和技術(shù)事務(wù)提出建議。由58個(gè)成員國(guó)和41個(gè)附屬成員國(guó)代表通過(guò)多個(gè)委員會(huì)共同努力，為實(shí)現(xiàn)共同利益確保測(cè)量的相互間可比和一致。
位于法國(guó)的國(guó)際計(jì)量局(BIPM)是國(guó)際計(jì)量的中心，保存著國(guó)際千克原器。BIPM為CGPM的成員國(guó)提供計(jì)量服務(wù)，并為CIPM出謀劃策，為國(guó)家或區(qū)域性計(jì)量機(jī)構(gòu)提供協(xié)調(diào)服務(wù)，并為其組織正式會(huì)議。最初BIPM的主要計(jì)量任務(wù)是將各國(guó)的米和千克原器與定義SI的國(guó)際原器進(jìn)行定期比對(duì)和重新校準(zhǔn)，如今它的主要角色是全球計(jì)量體系的中 樞。
四川儀器計(jì)量，成都儀器校準(zhǔn)，CNAS證書(shū)，儀器檢定，計(jì)量實(shí)驗(yàn)室
為什么要進(jìn)行國(guó)際單位制重新變革
現(xiàn)行的國(guó)際單位制下，許多測(cè)量都源自實(shí)物原器，比如米尺、砝碼等。國(guó)際千克原器(IPK)是目前僅存的定義質(zhì)量單位“千克”的實(shí)物原器。實(shí)物原器可能會(huì)發(fā)生變化，被損傷或毀壞。目前，全世界各國(guó)的國(guó)家千克原器需要定期運(yùn)送到位于法國(guó)的IPK保存地BIPM，對(duì)其進(jìn)行重量比對(duì)。運(yùn)送原器這一行為本身就會(huì)給各國(guó)的原器帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)更重要的是IPK的質(zhì)量很不穩(wěn)定，并且從1889年起它就可能開(kāi)始產(chǎn)生未知的變化，但它卻仍然保持著定義標(biāo)準(zhǔn)的地位。
測(cè)量的兩個(gè)重要方面包括單位的定義(比如厘米)和用于測(cè)量的方法(比如用尺子)。如果將兩個(gè)概念分離，定義能夠保持穩(wěn)定，同時(shí)在不需要對(duì)體系進(jìn)行重大修訂的情況下也能實(shí)現(xiàn)更完善的復(fù)現(xiàn)過(guò)程。
20世紀(jì)80年代開(kāi)始，量子力學(xué)的發(fā)展催生了國(guó)際單位制又一次重大變革，國(guó)際計(jì)量界決定對(duì)國(guó)際單位制基本單位進(jìn)行重新定義。自2018年起對(duì)國(guó)際單位制基本單位將予重新定義。將國(guó)際單位制的7個(gè)基本單位與宇宙中恒定不變的量或基本物理常數(shù)聯(lián)系起來(lái)，以量子物理為基礎(chǔ)的自然基準(zhǔn)取代實(shí)物基準(zhǔn)，這樣就不會(huì)受到空間和時(shí)間改變的影響，同時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度等技術(shù)指標(biāo)得以大幅度提高，帶動(dòng)大部分量的測(cè)量準(zhǔn)確度得到提高，進(jìn)而對(duì)科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生重大促進(jìn)。SI重新定義將成為未來(lái)創(chuàng)新的跳板。如長(zhǎng)度單位，歷史上曾經(jīng)以一個(gè)國(guó)家君主的身體尺寸確定，不同君主差別很大；后來(lái)確定為地球子午線的四千萬(wàn)分之一，制作的國(guó)際米原器保存在國(guó)際計(jì)量局，準(zhǔn)確度可以達(dá)到0.1微米，也就是千萬(wàn)分之一米，大約相當(dāng)于一根頭發(fā)直徑的千分之一；現(xiàn)在米定義為光在真空中1/299792458秒(接近三億分之一秒)所走的距離，并建立了自然基準(zhǔn)，準(zhǔn)確度比國(guó)際米原器又提高了幾千倍。
國(guó)際計(jì)量變革意義重大
2018年，國(guó)際計(jì)量單位制將重新定義，計(jì)量技術(shù)體系也將經(jīng)歷歷史性變革，世界測(cè)量技術(shù)規(guī)則將予重構(gòu)，國(guó)際計(jì)量變革的意義重大。由此帶來(lái)的影響廣泛而深刻。
作為國(guó)際計(jì)量單位制的基礎(chǔ)、核心和關(guān)鍵，時(shí)間頻率基準(zhǔn)已率先完成量子化變革，其定義從“天文時(shí)”轉(zhuǎn)變?yōu)榛谠幽芗?jí)躍遷的“原子時(shí)”，測(cè)量準(zhǔn)確度迅速提升了1000萬(wàn)倍以上。正是基于時(shí)間定義的量子化變革，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航定位，其準(zhǔn)確度更是達(dá)到了厘米級(jí)別，成就了數(shù)萬(wàn)億美元的衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)品與服務(wù)市場(chǎng)。時(shí)間定義的變革還將快速催生長(zhǎng)度、電學(xué)、溫度、質(zhì)量等單位的重新定義。例如，長(zhǎng)度單位“米”不再是傳統(tǒng)米尺，而定義為激光在真空中三億分之一秒所走距離，由此使長(zhǎng)度測(cè)量進(jìn)入了原子級(jí)別。伴隨測(cè)量準(zhǔn)確度大幅提升，一大批革命性的新技術(shù)由此誕生，帶來(lái)產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。如精準(zhǔn)測(cè)量支撐了納米技術(shù)和石墨烯的應(yīng)用、提升了先進(jìn)制造中航空發(fā)動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)確度、推動(dòng)了精準(zhǔn)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、決定了核潛艇偵測(cè)和隱身技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)成敗等。
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我國(guó)在國(guó)際計(jì)量重大變革中的應(yīng)對(duì)
開(kāi)展與國(guó)際單位制有關(guān)的基礎(chǔ)前沿研究一直是我國(guó)的國(guó)家計(jì)量院??中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院科研工作的一個(gè)重點(diǎn)。該院從20世紀(jì)80年代起陸續(xù)啟動(dòng)了電學(xué)量子基準(zhǔn)、銫原子噴泉鐘、光鐘等的研究；2005年以來(lái)開(kāi)展旨在應(yīng)對(duì)SI重新定義的部分基本物理常數(shù)精密測(cè)量的研究工作。目前已在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大創(chuàng)新和突破，為我國(guó)實(shí)質(zhì)性參與國(guó)際基本單位的重新定義做出了重大貢獻(xiàn)。如在時(shí)間領(lǐng)域，目前我國(guó)的國(guó)家秒長(zhǎng)基準(zhǔn)裝置是中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院研制的NIM5銫噴泉鐘，其準(zhǔn)確度相當(dāng)于2000萬(wàn)年不差1秒；該院正在研制NIM6，預(yù)計(jì)2018年完成，屆時(shí)準(zhǔn)確度也會(huì)達(dá)到6000萬(wàn)年不差一秒。基于新的原理的光鐘比銫原子鐘具有更好的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度潛力，2015年9月，中國(guó)計(jì)量院研制的鍶原子光晶格鐘準(zhǔn)確度相當(dāng)于1.38億年不差一秒。
目前玻爾茲曼常數(shù)和普朗克常數(shù)的最新測(cè)量結(jié)果已被CODATA所采用。在溫度領(lǐng)域的波爾茲曼常數(shù)測(cè)量方面，目前國(guó)際上只有中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院和美國(guó)NIST能夠做到同時(shí)采用兩種不同方法獲得高水平的玻爾茲曼常數(shù)測(cè)量結(jié)果并相互印證，為溫度單位“開(kāi)爾文”重新定義作出了中國(guó)貢獻(xiàn)。
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