2018年12月07日
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定了!“国际千克原器”明年退休,根本计量单位迈向量子时代



yh335银河国际赌场:2018-11-28 15:17:11


定了!“国际千克原器”明年退休,根本计量单位迈向量子时代
 
       刚刚,正在法国凡尔赛举行的第26届国际计量全体会议经过了订正国际单位制(SI)的决议。国际单位制中的4个根本单位改由自然常数来定义,并于2019年国际计量日(5月20日)起正式生效。至此,国际单位制7个根本单位将全部由根本物理常数定义。

图为以国际千克原器为基准的校准装置
       这4个根本单位分别是:质量单位千克、电流单位安培、物质的量单位摩尔以及温度单位开尔文。其中,千克采用普朗克常数定义,安培采用根本电荷量定义,摩尔采用阿佛加德罗常数定义,开尔文采用玻尔兹曼常数定义。
国际单位体系迈向量子时代
       尽管这些单位的大小不会产生变化——1千克还将是原来的1千克,但订正后的根本单位,提高了SI的整体稳固性和实用性。“国际单位制的订正是科学进步的一座里程碑。”国际计量局局长马丁·米尔顿暗示,“用根本常数作为大家认识和定义质量、时间等自然界根本概念的基础,意味着大家在深化科学认知、鼓动技艺进步、处置许多社会重大挑战方面的基础更加坚实了。”
       决议的经过,预示着用实物基准定义测量单位的方法即将退出历史舞台。“这是大家人类在根本单位体系中首次彻底摆脱了实物基准,将所有根本单位的定义推向‘量子化’的关键一步。” 在国际计量局物理计量所功率天平组工作的李世松博士在接受科学技术日报记者独家采访时暗示。根本单位的量子化虽然从表面上人们并不会看到太大的变化,但是它对高精尖科学技术的发扬却至关重要。
       1967年,时间单位秒采用基于原子跃迁的“原子秒”取代“天文秒”实行定义,这标志着国际单位体系从实物时代开始迈向量子时代。原子时诞生50年来,时间频率的测量准确度跃升1000万倍,成为此刻测得最准的物理量。正是基于时间定义的量子化变革,实现了卫星导航定位,其精度更是达到了厘米级别,成就了数万亿美金的卫星导航定位产品与办事市场。
100多年变化50微克也不行
       质量单位千克是此刻唯一还在使用实物基准定义的根本单位,1千克质量的量值,是用保存在国际计量局的一个砝码——国际千克原器来确定的。之所以用这个砝码来定义质量的单位千克,是因为在100多年前,计量学家发现,选用铂铱合金(90%铂+10%铱)制成的砝码的化学性质特别稳固。于是,1889年举行的第1届国际计量全体会议,决议采用铂铱合金砝码定义质量单位千克。
       从1889年千克定义到今天,国际千克原器与6个同等材料制成、同等保存条件的国际千克原器复制品的量值比对试验共实行了4次。结果发现,100多年间,这6个千克原器复制品与国际千克原器在质量一致性上产生了约50微克的变化。“这么微小的变化,虽然说现阶段还不足以影响人们的日常生活,但其长期积累的效应,无疑会影响国际计量制体系的稳固性,并且会对精密科学科研产生不良影响。”这是因为7个根本单位的定义之间并不是彼此独立的,千克量值的不稳固性,还会影响SI其他根本单位的量值。比如,在根本单位定义中,电流单位安培的定义用到了导出单位牛顿,而牛顿这个单位中就包含质量单位千克。同时,摩尔的定义中也用到了千克。
       与此同时,以前人们对实物基准,总担心因为天灾或人祸而损毁,而采用根本物理常数重新定义根本单位后,人们就无需考虑这个问题了。并且,在以前,当新的、更准确的计量技艺出现时,或许会导致根本单位的定义要被修改。比如,质量单位千克在被定义为国际千克原器的质量之前,还曾被定义为4摄氏度下1立方分米水的质量。“采用根本物理常数定义SI根本单位后,可以在相当长的时间内幸免根本单位的定义被反复修改。而且未来随着相干技艺的进步,只会持续提高单位量值复现的准确性,但不会轻易改变根本单位的定义。”李世松说。
中国参与国际单位制订正工作
       那么,国际单位制订正这么重要的事,我国是否参与了呢?答案是必须滴!据先容,本次涉及SI根本单位重新定义的根本物理常数有4个,但基于根本物理定律的联络,其中有三个,即普朗克常数、根本电荷量和阿伏伽德罗常数,准确测量确定其中之一,便能推导出其他两个的量值。因此,这次国际单位制订正中,仅需要准确测量定玻尔兹曼常数和普朗克常数(或阿佛加德罗常数)的量值。
       李世松暗示,在玻尔兹曼常数测量方面,近年来,我国计量科学科研院的两个团队采用两种独立的测量方案,对玻尔兹曼常数实行了精密测量。他们最近颁发的两个测量结果的测量不确定度指标分别为2.0×10-6和2.7×10-6,其均已被国际科学数据委员会采用,这对此次国际单位制订正中确定玻尔兹曼常数的最终量值做出了重要贡献。在对普朗克常数的准确测量方面,中国计量科学科研院主导,联合清华大学、哈尔滨产业大学等单位,发扬出了一种在测量方法上具有特色的能量天平方案及试验装置,2018年颁发的其测量结果的不确定度为2.4×10-7,离被此次国际上确定普朗克常数量值的准确性请求仅一步之遥。此外,我国计量科学科研院与清华大学协作,还提议了一种具有原创性的普朗克常数精密测量方案,并研发出来相符合的试验装置,其此刻的测量不确定度指标也已初步达到10-6量级,且其测量准确性有望进一步提高。
 
来源:科学技术日报  文中图片除注明外均来自网络
编辑:朱丽
审核:王小龙
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