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特码配连码 五六:国际单位制重大变革新闻发布会召开

发布时间:2019-03-01 作者: 来源:《中国计量》杂志2019年第1期 浏览:196

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国际单位制重大变革?助推计量迈入量子化新时代
国际单位制重大变革新闻发布会召开

  2018年12月11日,国家市场监管总局在京召开国际单位制重大变革新闻发布会。总局计量司司长谢军在发布会上透露,2019年5月20日中国将开始使用新修订后的国际单位制,为抓住此次变革带来的历史性机遇,我国将强化计量量子化战略研究,并制定量子化时代的中国计量发展新规划(2020年-2035年)。中国计量科学研究院院长方向、国家市场监管总局新闻宣传司二级巡视员李静参加了发布会。
  据谢军司长介绍,2018年11月16日,第26届国际计量大会(CGPM)在法国巴黎召开,这是被科学界和世界媒体同行誉为翻开人类科技发展新篇章,具有跨时代、里程碑意义的一次科技盛会。在这次会议上,经包括中国在内的53个成员国集体表决,全票通过了关于“修订国际单位制(SI)”的1号决议。根据决议,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,于2019年的世界计量日——5月20日正式生效。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,至此,国际计量单位制的7个基本单位全部实现由常数定义。这是改变国际单位制采用实物计量的历史性变革,是人类科学发展进步中的一座里程碑。
  作为国际通用测量语言的SI国际单位制,几乎是世界上所有国家的法定单位制。这次国际单位制的成功变革,实现了国际测量体系有史以来第一次全部建立在定义常数之上,将保证SI长期稳定性和环宇通用性,也将开启任意时刻、任意地点、任意主体根据定义复现单位量值的大门。
  谢军司长表示,此次变革从表面来看,大家可能感觉不到发生的变化,就如同我们给房子换了一个更加坚固的地基,并不太会直接影响我们的生活起居,但它实际上已经发生了“脱胎换骨”的变化。这次SI重新定义生效后,对于大多数科研人员以及产业发展、人们日常生产生活来说,不会直接造成大的改变,原有的测量结果仍将是连续的、稳定的。但从专业角度观察,SI的重新定义,将改变国际计量体系和现有计量格局。
  一是重新定义将实现量值传递溯源链路扁平化, 使量值溯源链条更短、速度更快、测量结果更准更稳。第1号决议实施后,将可通过嵌入芯片级量子计量基准,把最高测量精度直接赋予制造设备并保持长期稳定,从而实现对产品制造全过程的更准确稳定地感知和最佳控制,有力支撑流程再造、节能减排和质量提升等。这将为当前世界范围内正在进行的新一轮以信息技术、大数据和人工智能为特征的科技革命,插上飞翔的“翅膀”。
  二是重新定义将催生新的测量原理、测量方法和测量仪器。集多参量、高精度为一体的芯片级综合测量,不受环境干扰、无需校准的实时测量,众多物理量、化学量和生物量的极限测量等将成为可能,测量仪器仪表形态将全面创新。这将为我国实施“科技强国”战略,走向工业制造强国,带来重要机遇,也将迎来重大挑战。
  三是重新定义和量子测量技术发展将使得计量基准可随时随地复现。通俗地说,就是我们在生产生活中都将能够直接应用最准的“标尺”。无处不在的精准测量,将直接促进市场公平交易、实现精准医疗、改善环保节能等,将进一步促进社会诚信建设、降低社会管理成本,将惠及人类生产生活的方方面面,实现社会的全面进步。
  谢军司长介绍,我国目前获得国际互认的校准和测量能力已跃居全球第三、亚洲第一。我国自主可控的国家时间基准、长度量子基准都跻身世界先进行列。在这次国际计量单位制重大变革中,作为国家计量院的中国计量科学研究院为SI温度基本单位开尔文的修订作出了重要贡献。我国已独立建立了基于新定义的千克复现装置,并成功研制了真空质量测量和质量标准传递装置,可以保障未来我国质量量值与国际等效一致。
  谢军司长表示,市场监管总局将继续推行以国际单位制为基础的国家法定计量单位,履行法定职责,并将以此次国际单位制变革为契机,开启中国计量的量子化新进程。
  中国计量科学研究院院长方向从技术和应用层面出发,介绍了此次国际单位制变革的主要内容,并就新国际单位制的特点和意义,以及它将对人们日常生活乃至国家经济社会发展带来的影响进行了技术解读。他认为这次国际单位制的“基石”完全建立在“常数”上,使得全球测量体系发生了革命性变革。
  方向院长指出,新定义用自然界恒定不变的“常数”替代了实物原器,保障了国际单位制的长期稳定性;“定义常数”不受时空和人为因素的限制,保障了国际单位制的客观通用性;新定义可在任意范围复现,保障了国际单位制的全范围准确性;新定义不受复现方法限制,保障了国际单位制的未来适用性。
  谢军司长透露,我国将努力抓住和用好变革带来的历史性机遇,从国家战略的高度出发,统筹规划、整体布局,加强面向国家战略需求的计量基础研究、前沿性研究,加速推进国家计量基标准质量提升工程,研制以量子传感为基础的量子计量标准,重塑量传溯源体系,改革计量管理模式。加快构建国家现代先进测量体系,持续推进《“一带一路”计量合作愿景与行动》,深入贯彻落实质量强国战略、制造强国战略等党中央和国务院的重大决策部署,提升国家核心竞争力,充分发挥计量的国家战略资源作用。
  发布会上,谢军司长和方向院长还就媒体关注的问题进行了解答。



    延 伸:

★ 国际单位制变革改变了什么? 

 ?。ㄒ唬┗”淞?。以千克的现行定义为例,1千克精确等于国际计量局保存的国际千克原器(IPK)的质量。据国际计量局数据显示,国际千克原器服役近130年来,它的质量与各国保存的质量基准、国际计量局官方作证基准的一致性出现了约50微克的偏差,但国际千克原器的质量是否发生了变化,具体变化了多少至今仍是一个谜。用基本物理常数h重新定义千克后,质量单位将更加稳定,我们不必担心国际千克原器质量漂移可能给全球质量量值统一带来的问题。 
  测量基础的长期稳定,对于人类面临的重大挑战,特别是环境与气候变化、地球运动监测等非常重要。我们必须有一个能在很长时间内保持稳定的参考标准,才能获得可靠的测量数据——而可靠的数据一直是科学研究和政府决策的根基。 
 ?。ǘ┦笨毡淞?。物理定律是放之宇宙而皆准的,但测量却有不少的人为因素。最早的千克是用1个标准大气压下1立方分米纯水在4摄氏度时的质量定义的,这实际上受到了温度、气压、水和容器等环境因素和测量过程的限制。人们在19世纪末采用最先进的材料和工艺打造了国际千克原器,目的也是为了规避这些限制。但是,国际千克原器有且只有一个,无论它的质量是否发生漂移,各国计量院仍须以它为准,定期到位于法国的国际计量局校准自己的千克原器。新定义生效后,理论上任何地方的任何人,都可以根据定义复现1千克。而且,我们今天在北京复现的量值,和我们的子孙后代未来在火星上复现的量值将是一致的。
  国际单位制的客观通用性不仅意味着国际测量界多年的夙愿正在逐渐成为现实,更意味着全球量值统一有了更广阔而便捷的途径:芯片级的传感器将可以在工业产品流水线上实现对国际单位制的溯源,物联网各个终端采集的数据由此可以实现可比——无时无处不在的最佳测量,将推动计量管理模式的改革创新,释放计量量子化变革效能,有助于提高智能制造、物联网等新技术产业的质量水平,有利于实现公平贸易、安全医疗等,从而促进诚信建设,降低社会成本,保障和改善民生。 
 ?。ㄈ┓段П淞?。修订前的开尔文定义仅仅建立在水三相点一个固定点上,要测量比它更高或更低的温度,我们需要根据其他的固定点来延伸温标。而未来我们仅通过玻尔兹曼常数,就可以根据热力学温度与能量的关系,在整个温标范围实现同样准确的温度测量。千克也是这样。以前最准确的千克只有1千克一种,要对一个大于1千克的物体称重,我们需要将1千克进行重复累加;要对一个小于1千克的物体进行称重,则需要将1千克进行分割。累加和分割的过程都会给量值的准确性带来损失。新的定义则不受此限制。 
国际单位制的全范围准确性,为科学发现和技术创新提供了新的机遇。得益于更高的测量准确度,我们将可以测量极高、极低温度的微小变化,从而更加准确地监测核反应堆内、航天器表面的温度变化;在生物医药领域,我们可以准确测量单个细胞内某种物质的含量,并根据病人的实际需要,制定更加精确的药物剂量。
 ?。ㄋ模┓椒ū淞?。在新的国际单位制中,测量的两个重要概念,即单位定义和测量(或复现)方法是分离的。在旧定义中,单位的定义和实现方法是完全绑定的,例如,要复现1/273.16K,就必须在水三相共存的条件下;要复现1千克,就必须与位于法国的国际千克原器相联系。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X射线晶体密度法——这两种方法是目前世界上测量准确度最高的复现方法,但即使未来有更好的实验方案出现,单位的定义也不会因此受到影响。而复现开尔文,现在已经有多达5种方法,你擅长哪种就可以用哪种。 
  更好的测量原理、测量方法和实验仪器,意味着人们可以在国际单位制框架下实现更佳的测量——这将引发仪器仪表产业的颠覆性创新。集多参量、高准确度传感器为一体的综合测量,不受环境干扰无需送检的实时测量,众多物理量、化学量和生物量的极限测量等也成了可能。 

★ 什么不变?

  对大多数人来说,国际单位制是“不变”的。除电学单位外,新定义下各个单位大小和旧定义几乎完全一致。事实上,电学单位的改变也微乎其微,电压单位的变化约为正千万分之一,电阻单位的变化则更小。但这只会影响对测量不确定度要求最高的顶尖计量机构和校准实验室,对于普通用户、产业界人士和多数科研人员来说,新定义不会对他们造成影响,他们的测量结果仍将是连续的。这看上去似乎理所当然,但实际上却是全球测量科学家数十年潜心研究和通力合作的结果——所有用于基本单位重新定义的“常数”都经过了精确测量与严格验证,从而保障了新单位的大小“不变”。
  对于普通用户、产业界人士和多数科研人员来说,新定义不会对他们造成影响,他们的测量结果仍将是连续的。这看上去似乎理所当然,但实际上却是全球测量科学家数十年潜心研究和通力合作的结果——所有用于基本单位重新定义的“常数”都经过了精确测量与严格验证,从而保障了新单位的大小“不变”。

★ 变革带来的影响

  这次以物理常数为基础,对国际计量单位制重新定义,意味着所有SI单位将由描述客观世界的常数定义。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,对经济、科技与民生等都将产生深刻影响。 
  一是将改变国际计量体系和现有格局。重新定义使得计量基标准与信息技术相结合,实现量值传递的链路不唯一和扁平化,使量值溯源链条更短、速度更快、测量结果更准更稳,将彻底改变过去依靠实物基准逐级传递的计量模式,解决了费时费力、效率低下、误差放大等问题。 
  二是将显著提升国家计量管理效能。新的国际计量单位制和量子测量技术的发展,将使得计量基准可随时随地复现,将最准“标尺”直接应用于生产生活,大幅缩短量值传递链。 
  三是将有力支撑新一轮工业革命。通过量子计量基准与信息技术的结合,使量值传递链条更短、速度更快、测量结果更准更稳,深度契合了以信息物理系统为基础、智能制造为主要特征的新一轮工业革命。通过嵌入芯片级量子计量基准,把最高测量精度直接赋予制造设备并保持长期稳定,可以实现对产品制造过程的准确感知和最佳控制。
  四是将引发仪器仪表产业的颠覆性创新发展。国际计量单位制实现量子化,新的测量原理、测量方法和测量仪器应运而生,集多参量、高精度为一体的芯片级综合测量,不受环境干扰、无需校准的实时测量,众多物理量、化学量和生物量的极限测量等均成为可能,进而催生测量仪器仪表形态的全面创新。 

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