时间常数单位是怎么计算的（520世界计量日）

时间常数单位是怎么计算的（520世界计量日）1875年，17国签署《米制公约》，之后在1889年确定了新的国际米原器和千克原器。这些单位和作为时间单位的天文秒（基于平太阳日）一起，构成了力学单位制。在引入安培、开尔文和坎德拉分别作为电流、热力学温度和发光强度的单位后，这个体系在1960年被赋予“国际单位制”的名称，缩写为SI。1971年，物质量的单位“摩尔”加入其中。法国大革命期间，诞生了十进制米制体系，随后又诞生了两个分别代表了米和千克的铂质标准度量衡。这是当今的国际单位制的第一步。据介绍，目前我国获得国际计量互认的校准和测量能力已跃居全球第三，我国自主可控的国家时间基准达到3000万年不差一秒，长度量子基准达到每米误差不多于50纳米，都跻身世界领先行列。在这次量子化变革中，我国对温度、摩尔的重新定义作出了重要贡献。什么是国际单位制（SI）？国际单位制建立在7个基本单位之上，即秒（s）、米（m）、千克（kg）、安培（A）、开尔文（

5月20日，是第20个世界计量日。今年世界计量日的主题是“国际单位制（SI）——根本性飞跃”。根据第26届国际计量大会(CGPM)全票通过的1号决议，千克、安培、开尔文和摩尔4个SI基本单位的定义改由常数定义，并于今天起正式生效。

20日上午，在由市场监管总局、中国计量科学研究院、中国计量测试学会、中国计量协会、中国质量标准出版社传媒有限公司共同举办的2019年世界计量日主题活动上，市场监管总局副局长、党组成员秦宜智宣布，国际单位制基本单位新定义自5月20日起在中国正式实施。全国科学名词术语审定委员会现场发布了国际单位制7个基本单位的中文新定义。

根据修订后的新国际单位制(SI)，质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”、物质的量单位“摩尔”等4个SI基本单位的定义将由常数定义，加之此前对时间单位“秒”、长度单位“米”和发光强度单位“坎德拉”的重新定义，自此，国际计量单位制的7个基本单位全部实现由常数定义。

秦宜智在致辞中指出，计量是构建一体化国家战略体系和能力的重要支撑，国际计量单位制是全球测量体系的基石。计量量子化变革，使精准的极限测量成为可能，使计量基准可随时随地复现，把最准“定盘星”直接应用于人们的生产生活。市场监管总局将遵守国际计量大会决议，继续推行以国际单位制为基础的国家法定计量单位，以此次国际单位制重新定义决议实施为契机，健全充满活力的计量工作体系，加快推进中国计量的量子化进程，让计量这块高质量发展的“压舱石”更加稳固、更有分量、更具价值。

据介绍，目前我国获得国际计量互认的校准和测量能力已跃居全球第三，我国自主可控的国家时间基准达到3000万年不差一秒，长度量子基准达到每米误差不多于50纳米，都跻身世界领先行列。在这次量子化变革中，我国对温度、摩尔的重新定义作出了重要贡献。

什么是国际单位制（SI）？

国际单位制建立在7个基本单位之上，即秒（s）、米（m）、千克（kg）、安培（A）、开尔文（K）、摩尔（mol）、坎德拉（cd）。

法国大革命期间，诞生了十进制米制体系，随后又诞生了两个分别代表了米和千克的铂质标准度量衡。这是当今的国际单位制的第一步。

1875年，17国签署《米制公约》，之后在1889年确定了新的国际米原器和千克原器。这些单位和作为时间单位的天文秒（基于平太阳日）一起，构成了力学单位制。在引入安培、开尔文和坎德拉分别作为电流、热力学温度和发光强度的单位后，这个体系在1960年被赋予“国际单位制”的名称，缩写为SI。1971年，物质量的单位“摩尔”加入其中。

国际单位制进入“常数”时代有何意义？

从今天开始，我们将抛弃目前唯一仅存的用于定义千克的实物量具——国际千克原器。这块为世界科技服役近130年，也许是世界上最重要的铂铱合金圆柱体，将继续以原有状态保存在法国塞夫勒的布勒特伊宫地下保险箱内，但它不会再出现于任何物理公式中。从此，国际单位制进入“放之宇宙而皆准”的“常数”时代。

用国际计量委员会委员、中国计量科学研究院副院长段宇宁的话说，“这是自米制公约诞生之后，计量世界中最重大的、革命性的事件。测量科学由此迈出关键的一步。”

在2019年5月20日之前，千克仍是国际单位制基本单位中唯一仍使用实物进行定义的单位，即国际千克原器的质量。

千克最初的定义始于1791年，它与长度单位有关，规定1立方分米的纯水在4摄氏度时的质量为1千克。

18世纪末期，法国科学院计划将克作为质量基本单位，并制作实物基准器。但受工艺和测量技术所限，只能制造出质量是克的1000倍的标准器，千克原器由此而来。1889年，第一届国际计量大会将国际千克原器（IPK）的质量定义为1千克。

据中国计量科学研究院从事质量新定义研究的李正坤研究员介绍，IPK及其复制品是用19世纪末20世纪初工业界所能提供的最好的材料及工艺制成的，在当时也满足了对于计量基准的准确度及稳定性的要求。但实物基准一旦制成后，总会有一些不易控制的物理、化学过程使它的特性发生缓慢的变化，因而它所保存的量值也会有所改变。

从1889年到1989年的100年间，国际计量局以IPK为参考对国际计量局保存的6颗官方复制品和各个会员国的国家基准进行了3次周期比对验证。比对结果表明，6颗官方作证基准及其质量值变化了50微克。

稳定性受到科学家们的质疑，科学家们开始致力于质量单位的重新定义。有科学家提出，可以使用自然界中的基本物理常数来重新定义质量单位。

在物理学中，存在着一类被人们称作基本物理常数的物理量。它们的数值不随时间、地点的变化而变化。

因为这些物理常数的定义不会改变，用它们来定义包括千克在内的基本单位，就再也不用担心随时间推移会影响单位的量值了。

在2011年，国际计量大会全体代表一致同意，根据一个物理常数来重新定义千克。2018年11月16日国际计量大会全体会议通过决议，改用以普朗克常数h为基础的公式作为“千克”的新定义。

“如果千克原器被不小心摔在地上，磕掉了一块，我们的质量单位会怎么样？”国际计量委员会副主席、美国标准与技术研究院前院长威利·梅曾提到这个问题，“通过重新定义单位，我们摆脱了这种哲学困境。”

“用普朗克常数h重新定义千克后，质量基本单位更加稳定，量值传递更加可靠，我们不必再考虑IPK质量是否发生变化，更不必担心IPK丢失、损坏可能给全球质量量值统一带来的毁灭性灾难。” 中国计量科学研究院从事质量新定义研究的李正坤研究员说。

段宇宁表示，重新定义之后，国际单位制的7个基本量中的6个实现了基于量子物理且以定义常数和物理常数定义，量值的实现进入了量子化时代。因为坎德拉定义的量子化在计量界没有取得共识，所以坎德拉没有参加这次重新定义。

段宇宁表示，国际单位制重新定义的特点是“计量单位量子化”和“量值传递扁平化”。他介绍，以量子技术和基本物理常数为基础，对国际计量单位制重新定义，通过全面采用量子计量基准，将大幅提高测量准确度和稳定性。重新定义开启了任意时刻、任意地点、任意主体根据定义实现单位量值的大门。因此可以说重新定义开启了一个突破权威的时代。

【记者】王诗堃

【策划统筹】张志超

【校对】冯志坚

【作者】 王诗堃

【来源】 南方报业传媒集团南方 客户端 南方号~深度~科技能见度