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                      國際單位制重新定義的目的是什么?

                      發布時間:2020-07-15 作者: 來源: 瀏覽:4974

                        對國際單位制(SI)進行重新定義的目的是使其具備未來適應性。
                          如果我們將SI視為對所有量進行測量的基礎,我們希望這一基礎在未來始終保持堅固。當一個體系承受始料未及的壓力時,它可能出現裂縫。當我們要求測量不斷實現更高的準確度,或者在極端環境下開展測量時,如果測量單位在定義之初沒有考慮到以上這些情況,我們的單位制就會承受極大的壓力。在變革之前,世界各國已經用了數十年的時間用實驗測試基礎物理常數與單位制之間關系。試想一下,那些在建造之初沒有預見到需要應對如此沉重現代交通壓力的橋梁和道路。
                          要對一個大于1千克的物體稱重,我們需要將更多的千克加在一起,因此可重復性能夠讓你實現這種增加。反過來說,對一個小于1千克的物體稱重時,我們需要對千克進行分割。分割得越小,越難實現準確性。把一塊巧克力切成20份也許很容易,切成2000份就沒那么簡單了。然而,許多行業已經開始進行微克甚至納克級別的測量,比如在醫藥業中,確保片劑中的準確藥量十分重要。我們的目標是確保所有尺度的測量都能實現同等級別的準確度。
                          這種數值與標準值相差甚遠的測量問題對于溫度測量而言更加嚴峻?,F有定義是基于水三相點的定義值,即冰、液態水和水蒸氣共存時的溫度(定義為273.16K)。當測量與水三相點相差巨大的溫度時(比如1500℃以上的加工金屬),要想準確地測出這一溫度比水三相點相差多少就變得異常困難。為了在全世界范圍內建立可靠的測量方法,目前我們使用一本所謂“食譜”中的不同方法與水三相點進行比對。然而在重新定義之后,溫度測量將不再需要與水三相點關聯,用戶可以使用任意一種符合其要求的基本測量方法。這種變化尚不明顯,但是它將帶來許多可能的技術進步。
                          作為測量基準的保存機構,我們需要確保測量具有未來適應性和長期可靠性。
                          
                      “未來適用性”能給我們帶來什么?
                          很難說它能帶來什么,我們認為如果我們有能力進行更準確的測量,這將為其他活動奠定基礎。未來適用性能夠提振測量者的信心,因為這些測量能保持相當長時間的穩定性。
                          需要注意的是,未來我們有可能繼續提升基本常數的測量準確度,在此基礎上需要改變末位數字或者增加一些位數?;仡?00年前那些陳舊的實驗和技術,我們永遠不確定未來是什么樣。不過比起現在我們要對SI進行的變革而言,這些變化不算什么。
                          當人們制造出原子鐘進行更準確的時間測量時,計算機技術仍處于萌芽期,數字革命尚未出現。然而,高度準確的計時是整個行業的基礎,沒有它就沒有互聯網、移動電話和其他技術的成功。目前全球定位系統(GPS)的準確度受到時間標準傳遞能力的限制,因此全世界正在共同努力推動GPS的進一步發展。
                          提升極小質量的測量能力將支撐醫藥行業,該行業一直在追求實現更準確的藥物劑量,尤其是針對日益興起的個性化用藥。
                          
                      變革會有哪些影響?
                          SI變革不是瞬間革命,而是長期的演變。
                          變革帶來的即時影響非常小,這一點非常重要。我們不希望將重大變革引入測量系統中。實際上,除了安培,變革對于測量單位的影響微乎其微。但是變革能保證SI單位的未來能力,并在定義不變的情況下為未來發展奠定基礎。
                          變革對于電學測量的影響是立竿見影的。安培的新復現方法將使用新的固定基本電荷。這將導致10-7的變化,但是只會影響最高級別的校準實驗室,對安培的實際使用沒有影響。
                          安培的新定義將基于電子的基本電荷,我們認為基本電荷是一個基本自然常數。單位的復現方法是對通過一條導線的電子(每個電子帶有完全相同的基本電荷)數量進行計數。因此,在標準定義不變的情況下,計數能力越高,復現標準的準確度就越高。
                          我們挑選了一組基本常數作為SI的基礎,這些常數保持不變,但是未來技術的進步將改變并完善復現過程。

                      本文刊發在《中國計量》雜志2017年第十期

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