對國際單位制(SI)進(jìn)行重新定義的目的是使其具備未來(lái)適應性。
如果我們將SI視為對所有量進(jìn)行測量的基礎，我們希望這一基礎在未來(lái)始終保持堅固。當一個(gè)體系承受始料未及的壓力時(shí)，它可能出現裂縫。當我們要求測量不斷實(shí)現更高的準確度，或者在極端環(huán)境下開(kāi)展測量時(shí)，如果測量單位在定義之初沒(méi)有考慮到以上這些情況，我們的單位制就會(huì )承受極大的壓力。在變革之前，世界各國已經(jīng)用了數十年的時(shí)間用實(shí)驗測試基礎物理常數與單位制之間關(guān)系。試想一下，那些在建造之初沒(méi)有預見(jiàn)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(gè)大于1千克的物體稱(chēng)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(shí)現這種增加。反過(guò)來(lái)說(shuō)，對一個(gè)小于1千克的物體稱(chēng)重時(shí)，我們需要對千克進(jìn)行分割。分割得越小，越難實(shí)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(méi)那么簡(jiǎn)單了。然而，許多行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行微克甚至納克級別的測量，比如在醫藥業(yè)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(shí)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(wèn)題對于溫度測量而言更加嚴峻?，F有定義是基于水三相點(diǎn)的定義值，即冰、液態(tài)水和水蒸氣共存時(shí)的溫度(定義為273.16K)。當測量與水三相點(diǎn)相差巨大的溫度時(shí)(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(diǎn)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)關(guān)聯(lián)，用戶(hù)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(lái)許多可能的技術(shù)進(jìn)步。
作為測量基準的保存機構，我們需要確保測量具有未來(lái)適應性和長(cháng)期可靠性。
“未來(lái)適用性”能給我們帶來(lái)什么？
很難說(shuō)它能帶來(lái)什么，我們認為如果我們有能力進(jìn)行更準確的測量，這將為其他活動(dòng)奠定基礎。未來(lái)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(cháng)時(shí)間的穩定性。
需要注意的是，未來(lái)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(shí)驗和技術(shù)，我們永遠不確定未來(lái)是什么樣。不過(guò)比起現在我們要對SI進(jìn)行的變革而言，這些變化不算什么。
當人們制造出原子鐘進(jìn)行更準確的時(shí)間測量時(shí)，計算機技術(shù)仍處于萌芽期，數字革命尚未出現。然而，高度準確的計時(shí)是整個(gè)行業(yè)的基礎，沒(méi)有它就沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)電話(huà)和其他技術(shù)的成功。目前全球定位系統(GPS)的準確度受到時(shí)間標準傳遞能力的限制，因此全世界正在共同努力推動(dòng)GPS的進(jìn)一步發(fā)展。
提升極小質(zhì)量的測量能力將支撐醫藥行業(yè)，該行業(yè)一直在追求實(shí)現更準確的藥物劑量，尤其是針對日益興起的個(gè)性化用藥。
變革會(huì )有哪些影響？
SI變革不是瞬間革命，而是長(cháng)期的演變。
變革帶來(lái)的即時(shí)影響非常小，這一點(diǎn)非常重要。我們不希望將重大變革引入測量系統中。實(shí)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(lái)能力，并在定義不變的情況下為未來(lái)發(fā)展奠定基礎。
變革對于電學(xué)測量的影響是立竿見(jiàn)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(huì )影響最高級別的校準實(shí)驗室，對安培的實(shí)際使用沒(méi)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(gè)基本自然常數。單位的復現方法是對通過(guò)一條導線(xiàn)的電子(每個(gè)電子帶有完全相同的基本電荷)數量進(jìn)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(lái)技術(shù)的進(jìn)步將改變并完善復現過(guò)程。
本文刊發(fā)在《中國計量》雜志2017年第十期
加入收藏
微信公眾號
計量資訊速遞
