2018年,第26屆國際計量大會(CGPM)全票通過關(guān)于“修訂國際單位制(SI)”的1號決議,并于2019年5月20日“世界計量日”正式生效,《國際單位制(第9版)》應運而生。為進一步推行法定計量單位,市場監(jiān)管總局組織編譯并出版了《國際單位制(第9版)》(中文版)。

自1960 年第 11 屆 CGPM 正式定義并建立SI以來,隨著人們認識自然的不斷深入和科學技術(shù)的不斷進步,SI基本單位的定義多次被修訂。1號決議是SI最重要的一次修訂,是自國際米制公約簽定以來計量史上最為重大的變革。CGPM 決定的SI單位新定義,代表著測量向SI溯源的最高參考水平,滿足了人類對于基本計量單位更穩(wěn)定、更精準、不受時空限制的需求。

《國際單位制(第9版)》是目前國際上唯一、全面、系統(tǒng)、權(quán)威、最新的關(guān)于國際單位制定義和使用信息的書籍,它的出版還將為制定新的量和單位及其使用規(guī)則提供參考。

國際單位制是在米制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,被稱為米制的現(xiàn)代化形式。由于它先進、實用、簡單、科學,并適用于文化教育、經(jīng)濟建設(shè)和科學技術(shù)的各個領(lǐng)域,因此,被世界各國以及國際組織廣泛采用。在我國,實行法定計量單位制度,國際單位制計量單位和國家選定的其他計量單位,為國家法定計量單位。




相關(guān)知識鏈接(中國計量科學研究院 劉軍供稿):


  一、國際單位制(SI)


1.國際單位制(SI)是計量領(lǐng)域最基礎(chǔ)的技術(shù)支撐,支撐計量領(lǐng)域及整個社會經(jīng)濟發(fā)展。
國際單位制,被廣泛稱為SI(源于法文 Système international d’unités),由國際計量大會(CGPM)負責制定和修改。新版SI手冊是目前國際上唯一、全面、系統(tǒng)、權(quán)威、最新的關(guān)于國際單位制定義和使用信息的書籍。
SI單位的定義是以一組7個定義常量建立的。將這組定義常量以SI單位表示,通過其固定值可以導出整個單位制。國際單位制嚴格遵循一貫單位制、采用十進制、最大限度地減少由專門名稱和符號組成的SI導出單位,因而易于學習、記憶和使用,被世界各國普遍接受。SI的基本單位覆蓋了幾乎全部的科學技術(shù)領(lǐng)域,是一種廣泛一致地應用于生活方方面面的單位制,包括國際貿(mào)易、制造、安全、健康、環(huán)境保護,以及支撐所有這些領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學。SI基礎(chǔ)的量制及量的關(guān)聯(lián)方程式均基于當前人類對自然的描述,為所有科學家、技術(shù)人員和工程師所熟知。
2.各個國家以SI為基礎(chǔ)通過國家立法使用國際單位制(SI)
各個國家通過國家立法確立涉及單位使用的規(guī)則,無論是對于一般性用途,還是對于諸如商業(yè)、衛(wèi)生、公共安全、  教育等特定領(lǐng)域的用途,幾乎所有國家的立法都以SI為基礎(chǔ)。
《中華人民共和國計量法》第三條規(guī)定,國家實行法定計量單位制度。國際單位制計量單位和國家選定的其他計量單位,為國家法定計量單位。國家法定計量單位的名稱、符號由國務院公布。

  二、國際單位制(SI)的新變化
在2018年11月的第26屆國際計量大會上,表決通過了新的國際計量單位定義,并且已于2019年5月20日“世界計量日”起正式生效。
此次重新定義的基本單位為4個:千克、開爾文、安培和摩爾。千克將定義為“對應普朗克常數(shù)為6.62607015x10-34Js時的質(zhì)量單位”;開爾文將定義為“單位系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子熱運動動能發(fā)生1.380649x10-23焦耳變化的熱力學溫度的改變”;安培將定義為“單位時間內(nèi)通過1/1.602176634x10-19個電子對應的電流”;摩爾將定義為“精確包含6.02214076x1023個原子或分子等基本單元的系統(tǒng)的物質(zhì)的量”。秒、米、坎德拉等3個基本單位調(diào)整了表達方式,以與前述四個定義的表達方式保持一致。

  三、國際單位制(SI)新定義的重要作用
以往的SI定義存在一定的不足,隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展,國際單位制凸顯了由于定義帶來的缺陷。
千克被定義為國際千克原器(高和底面直徑均為39毫米的正圓柱體)的質(zhì)量。實際上,根據(jù)國際計量局的官方數(shù)據(jù),在1889-1989年的100年間其他千克原器與國際千克原器比較,在質(zhì)量一致性上發(fā)生了約0.05毫克的變化。
開爾文被定義為水三相點熱力學溫度的273.16分之一,但是水三相點關(guān)鍵比對結(jié)果顯示,水中氫氧同位素豐度隨水源、蒸餾工藝過程不同會有明顯差異,因而造成水三相點的不同;三相點容器長期存放,器壁鈉元素會污染純水,這些因素都致使實際復現(xiàn)的水三相點有可能偏離開爾文定義值。
秒在1967年之前被定義為平太陽日的1/86400的時間長度。基于地球自轉(zhuǎn)的平太陽日由天文觀測決定,但是天文學家發(fā)現(xiàn)地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運動的周期不是恒定不變的,而是時快時慢。如果地球轉(zhuǎn)速不同,“一天”的長度就不同,“一秒”的長度也不同。
因此需要更準確的定義。隨著科學的進步,我們需要也能夠?qū)崿F(xiàn)更準確的測量,而相應的標準裝置和定義也應及時跟上。
1889年工業(yè)革命時期,千克的定義是由物理實物來確定的,是一個鉑銥合金圓柱體。千克也是SI單位制中最后一個仍由實物來定義的基本單位,千克原器的穩(wěn)定性一直頗受關(guān)注。近年來,用物理常數(shù)重新定義千克的呼聲也越來越多。由于實物會隨時間推移或環(huán)境改變而變化,不能滿足當今科學研究與技術(shù)應用對測量準確度的需要。上世紀以來,科學家們測量了自然界的基本常數(shù),如光速和普朗克常數(shù),準確度越來越高。他們發(fā)現(xiàn)這些常數(shù)比實物更加穩(wěn)定,并將這些常數(shù)的數(shù)值固定下來。這些自然常數(shù)不會發(fā)生變化,至少比實物穩(wěn)定一百萬倍。這是現(xiàn)行的千克定義所不能保證的。
安培和開爾文的新定義將極大提升與它們相關(guān)的電學量以及輻射溫度測量的準確度。這將即刻對電學測量產(chǎn)生影響:目前最準確的電學量需要依據(jù)約瑟夫森效應和量子霍爾效應測出——而新的SI單位固定了普朗克常數(shù)h和基本電荷e的數(shù)值,使約瑟夫森和馮·克里青常數(shù)也具有了確切的數(shù)值。這將終結(jié)電學測量結(jié)果必須采用約定電學單位而不是SI單位來表達的局面。
新的開爾文和千克定義將固定輻射能量和熱力學溫度之間的轉(zhuǎn)換因子(斯特藩-玻爾茲曼常數(shù))的數(shù)值,這將引領(lǐng)溫度計量隨科技進步。
新的摩爾定義將比現(xiàn)行定義更簡單,它將幫助SI的使用者更好理解“物質(zhì)的量”的數(shù)量及其單位的本質(zhì)。總之,修訂后的SI將能更好地響應本世紀的技術(shù)需求。
測量界一直以來都在致力于建立一個不依賴于物理實物的完整測量體系。隨著最后一個實物基準“千克原器”退出歷史舞臺,千克基于普朗克常數(shù)重新定義,SI迎來了歷史性的時刻。
我們目前正處于量子或數(shù)字化革命的開端。用常數(shù)定義測量單位,意味著這些定義將適應下一代科學發(fā)現(xiàn)的需要。

  四、國際單位制(SI)新定義對未來的影響
國際單位制重新定義在測量準確度、測量范圍等方面取得技術(shù)上的突破進展,而且將使全球的測量體系發(fā)生重構(gòu),形成多級溯源中心和扁平化溯源甚至零鏈條的溯源體系,更將對管理體系、國家治理體系、人的傳統(tǒng)觀念帶來重大影響和挑戰(zhàn)。
一是將改變國際計量體系和現(xiàn)有格局。新的計量體系不再過度依賴于通過實物基準向各國傳遞量值,打破了由國際計量局作為全球測量體系量值傳遞源頭的單級中心局面,將形成一部分先進國家為主體的多級全球中心或區(qū)域中心。如能搶占技術(shù)制高點,主動布局,就可以在這一輪激烈競爭中脫穎而出,形成區(qū)域乃至全球計量體系的重要一級。反之,就要依賴于他國,進而喪失發(fā)展主導權(quán)和控制權(quán)。
二是將顯著提升國家計量管理效能。新的國際計量單位制使得單位量值可隨時隨地復現(xiàn),將最準“標尺”直接應用于生產(chǎn)生活,大幅縮短量值傳遞鏈。這將推動傳統(tǒng)的以行政層級和行政區(qū)劃為特征、以實物計量器具為主體的計量管理模式的改革創(chuàng)新,釋放計量量子化變革效能。無時無處不在的最佳測量,直接有助于人們的公平交易、放心消費、安全醫(yī)療等,也有利于大幅提升質(zhì)量水平,促進誠信建設(shè),降低社會成本,有力保障和改善民生。
三是將有力支撐新一輪工業(yè)革命。國際單位制重新定義這一變革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。通過嵌入芯片級量子計量基準,把最高測量準確度直接賦予制造設(shè)備并保持長期穩(wěn)定,可以實現(xiàn)對產(chǎn)品制造過程的準確感知和最佳控制。測量水平的大幅提升,將為突破大型飛機、航空發(fā)動機及高檔數(shù)控機床、核電裝備等重大裝備的共性關(guān)鍵技術(shù)與工程化、產(chǎn)業(yè)化瓶頸提供支撐和保障。

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