“千克”的多重定义将有新的定义
资料来源：经济日报
不久前，第26届国际计量大会（CGPM）经包括中国在内的53名成员表决，全票通过了“修订国际单位制”（SI）“1号决议。到目前为止，国际测量系统的七个基本单位都首次建立在不变的常数上，以确保SI的长期稳定性和环宇的通用性。许多专家表示，SI修订是科学进步的另一个里程碑。
1公斤有多重？当许多人听到这个问题时，他们可能会感到困惑。1公斤不是1公斤吗？但问题又来了。1公斤有多重？
事实上，公斤的定义可以追溯到128年前。科学家将直径和高度为39mm的铂铱合金圆柱体作为1公斤的标准重量，即所谓的“国际公斤原装”（IPK）。它被保存在法国国际计量局。
根据第26届国际计量会议的最新决议，质量单位“公斤”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”、摩尔是四个国际单位的物质量单位（SI）基本单位的定义将改为常数定义，自2019年5月20日起正式生效。
用不变常数代替主观常数
国际单位制（SI）它是世界公认的测量系统。其起源可追溯到1875-17国签署《米制公约》，并正式同意实施统一的国际测量系统。
SI由七个基本单位和许多出口单位组成。除了“公斤”、“开尔文”、“安培”和“摩尔”，这些基本单位还包括“秒”、“米”和发光强度单位“坎德拉”。SI必须确保世界上所有日常使用的测量单位都是可比和一致的。也许几秒钟不会影响烹饪的味道，但对谁赢得奥运会百米短跑冠军尤为重要。
国际计量委员会主席白瑞英格里斯说：“‘米制’在成立之初的愿景是‘适用于全人类，适用于任何时代’。它的初衷是用全球一致的‘常数’而不是一些主观标准来定义单位，这真的是随着SI的修订而成为现实的。”。
正如国际计量局局长马丁米尔顿在声明中所说，SI的修订以基本常数作为自然界基本概念的基础，如质量和时间的理解和定义，这意味着我们在深化科学认知、促进技术进步和解决许多重大社会挑战方面有更坚实的基础。尽管从表面上看，大多数人不会看到太大的变化。
“这就像你把房子换成了一个更坚固的基础，表面上看不到任何变化，但它实际上使房子更耐用。马丁米尔顿说：“就像1967年用原子特性修改秒的定义一样，人们不知道它可以在哪里使用，但现在，基于原子钟的计时技术已经成为互联网、移动通信和卫星导航的基础。新SI也是如此，它将对未来的科学、贸易、健康等领域产生深远的影响。
实物原器退出历史舞台
根据SI的修订，在四个基本单位中，公斤将使用普朗克常数（h）定义安培将使用电子电荷（e）定义开尔文将使用玻尔兹曼的常数（k）定义摩尔将使用阿伏伽德罗的常数（NA）定义。
中国计量科学院院长指出，新定义取代了自然恒定的“常数”，保证了SI的长期稳定性；“定义常数”不受时间、空间和人为因素的限制，保证了SI的客观通用性；新定义可以在任何范围内复制，保证了SI的全面准确性；新定义不受复制方法的限制，保证了国际单位制度的未来适用性。
起初，测量单位是根据物理或物质的特性来定义的。然而，以物理为基准，总会有一个问题：这些物理会随着时间或环境的变化而变化，不能满足测量精度的需要。
以用来定义公斤的铂铱合金圆柱体为例，“总会有一些无法控制的物理和化学过程导致其特性的缓慢变化——因此，其保存的值也会发生变化。”中国工程院院士、中国计量研究所首席研究员张中华指出。此外，根据国际计量局的数据，在过去的一百年里，各国保存的质量基准与国际公斤原器的一致性发生了约0.05毫克的变化。
早在20世纪中叶，随着量子技术的发展，人类测量各种物理量的准确性大大提高，SI单位的时间和长度已经修订。2005年，国际计量委员会起草了重新定义一些SI基本单位的框架草案，建议使用普朗克常数定义公斤，并鼓励有能力的国家实验室开展相关研究工作。
当SI修订生效时，国际公斤原始设备将成为公斤定义的历史。这种为世界科技服务了近130年的物理原始设备将继续完美保存，并为新定义的相关研究和国际比较发挥“余热”。
中国计量院研究员李正坤说：“基本物理常数普朗克常数h重新定义公斤后，基本质量单位更加稳定，数值传递更加可靠。我们不必考虑IPK质量是否发生变化，更不用说IPK丢失和损坏可能给全球质量值统一带来的灾难了。”。
中国计量进入量子化时代
那么，国际单位制度的改革将如何影响我们的生活呢？”重新定义将产生新的测量原理、测量方法和测量仪器。例如，集多参数、高精度为一体的芯片级综合测量，不受环境干扰，无需校准的实时测量。许多物理、化学和生物量的极限测量将成为可能，测量仪器的形式也将得到全面的创新。”国家市场监督管理局计量部主任谢军说。
谢军告诉记者，1决议实施后，通过嵌入芯片级量子测量基准，将能够使最高测量精度直接给制造设备，保持长期稳定，实现更准确、稳定的感知和最佳控制，大力支持流程再造、节能减排和质量改进，促进新一轮以信息技术、大数据和人工智能为特征的科技革命发展。
中国获得国际认可的校准和测量能力已跃居世界第三和亚洲第一。在国际计量单位制度的重大变化中，中国计量科学院作为国家计量学院，利用声学法和噪声法测量了玻尔兹曼常数，为基本单位“开尔文”的修订做出了重要贡献。
根据国际计量局的官方声明，在重新定义公斤后，国际计量局将继续进行公斤复制基准方法的国际比较，并获得公斤的国际“共识值”，所有成员国都应相应地进行数值传输。目前，中国计量院已独立建立了基于新定义的kg复制装置，并成功开发了真空质量测量和质量标准传输装置。其不确定性将达到与“共识值”相同的水平，以确保中国未来的质量价值与国际效果一致。
谢军表示，中国计量界将紧紧抓住这一变化带来的历史机遇，加强国家战略需求的计量基础研究和前沿研究，制定量子时代中国计量发展新规划(2020-2035年)，加快建设国家现代先进测量体系。
至于第一个着陆，应该是教科书。在方向上，这需要重建与物理和化学相关的科学知识体系。”新的国际单位系统比原来的系统更抽象，我们基本上可以使用一个新的坐标系来解释整个世界。这不仅挑战了每个学生，也挑战了每个教师的教学方法。”方向说。（记者郭静远）
