“千克”等4项基本单位被重新定义

　　□本报记者 史玉成

　　“Yes!”“Yes!”“Yes!”……

　　53声响亮的“Yes!”后，法国巴黎的凡尔赛会议中心爆发了长时间热烈的掌声，国际测量界的百年夙愿，在这一刻终于实现!国际测量体系有史以来第一次全部建立在不变的常数上，保证了国际单位制(SI)的长期稳定性和全球通用性。

　　11月13日～16日，第26届国际计量大会(CGPM)在巴黎召开。巴黎时间11月16日13时左右，53个国际计量局(BIPM)正式成员国的代表聚首凡尔赛会议中心，为国际单位制(SI)修订投出了他们庄严的一票。

　　经各个成员国表决，最终通过了关于“修订国际单位制(SI)”的1号决议。根据决议，SI基本单位中的4个，即千克、安培、开尔文和摩尔分别改由普朗克常数h、基本电荷常数e、玻尔兹曼常数k和阿佛加德罗常数NA

　　定义。新定义将从2019年5月20日世界计量日起生效。这是SI自1960年创建以来最为重大的变革，是科学进步的里程碑。

　　国际测量体系真正实现通用普适

　　国际单位制(SI)是全球一致认可的测量体系。它的起源可以追溯至1875年——17国签署《米制公约》并正式同意推行统一的国际测量体系。“‘米制’在创立时的愿景即是‘为全人类所用，在任何时代适用’。其初衷是用一种全球一致的‘自然常数’而非某种主观的标准来定义单位，而这一点随着SI的修订真正成为了现实。”国际计量委员会主席白瑞·英格里斯表示。

　　SI由7个基本单位以及许多导出单位组成。无论是米还是秒，国际单位制必须确保所有日常使用的测量单位，在全球范围内都是可比的、一致的。自启蒙时代起，国际测量界就致力于建立一个“全球通用”的测量系统。最早的时候，测量单位是基于实物或物质的特性来定义的。比如，“米”最早就是用一根刚好1米长的金属棒定义的;1889年工业革命时期，千克的定义是由物理实物来确定的，是一个铂铱合金圆柱体——国际千克原器(IPK)。

　　但是，这些实物会随时间推移或环境改变而变化，不能满足当今科学研究与技术应用对测量准确度的需要。特别是，7个SI基本单位的定义之间并不是彼此独立的，千克量值的不稳定性，还会影响SI其他基本单位的量值。上世纪以来，科学家们测量了自然界的基本常数，如光速和普朗克常数，准确度越来越高。他们发现这些自然常数不会发生变化，至少比实物稳定一百万倍。

　　此次修订后，SI定义将第一次独立于它们的复现方式：这些定义不会随着更好的复现方式的出现而过时。国际计量委员会副主席、单位制咨询委主席约阿希姆·乌尔里希举例说：“新定义生效后，千克可以通过任何适当的方法复现，比如基布尔天平法和阿佛加德罗法等，但并不仅限于此。”

　　正如国际计量局局长马丁·米尔顿在公开发表的声明中所说：“用基本常数作为我们认识和定义质量、时间等自然界基本概念的基础，意味着我们在深化科学认知、推动技术进步、解决许多社会重大挑战方面的基础更加坚实了。”尽管从表面而言，大多数人并不会看到太大变化。“这好比你给房子换了一个更坚固的地基，从表面上是不可能看到任何变化的，但它可能已经发生了实质性的变化，使房子变得更耐久了。”

　　“退休”与“归队”

　　自1889年埃菲尔铁塔建成的那一年起，千克就一直是用保存在法国塞夫勒的布勒特伊宫地下保险箱内并罩有3层玻璃钟罩的铂-铱合金圆柱体定义的。

　　这个所谓的国际千克原器，简称IPK或大K，是所有国家质量标准之源。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及其复制品是用十九世纪末二十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。