2018年第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)了關(guān)于修訂國(guó)際單位制的決議。規(guī)定國(guó)際單位制7個(gè)基本單位中的千克、安培、開(kāi)爾文和摩爾將分別改由普朗克常數(shù)、基本電荷常數(shù)、玻爾茲曼常數(shù)和阿伏伽德羅常數(shù)來(lái)定義；并于今年的世界計(jì)量日5月20日起正式生效。加之此前對(duì)時(shí)間單位“秒”、長(zhǎng)度單位“米”和發(fā)光強(qiáng)度單位“坎德拉”的重新定義，至此，國(guó)際計(jì)量單位制的7個(gè)基本單位全部實(shí)現(xiàn)由常數(shù)定義。

國(guó)際單位制的沿革

國(guó)際單位制（SI）的起源可以追溯至1875年——17國(guó)簽署《米制公約》并正式同意推行統(tǒng)一的國(guó)際測(cè)量體系。初衷是為了支撐國(guó)際貿(mào)易、商業(yè)以及科學(xué)交流。

國(guó)際單位制（SI）是人類描述和定義世間萬(wàn)物的標(biāo)尺。規(guī)定了7個(gè)具有嚴(yán)格定義的基本單位，分別是時(shí)間單位“秒”、長(zhǎng)度單位“米”、質(zhì)量單位“千克”、電流單位“安培”、溫度單位“開(kāi)爾文”、物質(zhì)的量單位“摩爾”和發(fā)光強(qiáng)度單位“坎德拉”。它們好比7塊彼此獨(dú)立又相互支撐的“基石”，構(gòu)成了國(guó)際單位制的“地基”。國(guó)際單位制規(guī)定的其它單位，如力的單位牛頓、電壓?jiǎn)挝环?、能量單位焦耳等等，都可以由這7個(gè)基本單位組合導(dǎo)出。鑒于實(shí)物本身的不穩(wěn)定性，國(guó)際計(jì)量界一直致力于建立一個(gè)不依賴于實(shí)物原器的測(cè)量體系。隨著量子技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)各種物理量的測(cè)量準(zhǔn)確度得到了極大的提高。這些常數(shù)比實(shí)物穩(wěn)定百萬(wàn)倍，于是科學(xué)家們開(kāi)始探討采用物理常數(shù)來(lái)定義國(guó)際計(jì)量單位。

SI基本單位表

基本單位定義的演變

秒 最初，人們是利用地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)周期為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)量時(shí)間的，基本單位是平太陽(yáng)日。將1個(gè)平太陽(yáng)日的1/86?400作為1秒，稱為世界時(shí)秒。但由于地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)存在著不規(guī)則變化并有長(zhǎng)期減慢的趨勢(shì)，使得世界時(shí)秒不能保持恒定。1960年開(kāi)始采用歷書(shū)時(shí)秒作為時(shí)間單位，歷書(shū)時(shí)秒定義為1900年1月1日歷書(shū)時(shí)12時(shí)起算的回歸年的1/31?556?925.974?7。1967年又以原子秒取代歷書(shū)時(shí)秒。原子秒定義為銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射的9?192?631?770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間。

米 最初是通過(guò)人體的某一部分來(lái)加以規(guī)定的（例如步、足、腕、手等），優(yōu)點(diǎn)是人人都有，缺點(diǎn)是彼此的符合程度差，在貿(mào)易上很難通用。1791年，法國(guó)科學(xué)院提出以北極經(jīng)巴黎到赤道的千萬(wàn)分之一長(zhǎng)度，即以地球子午線的四千萬(wàn)分之一來(lái)定義米。后由國(guó)際計(jì)量局(BIPM)制成截面為X形的鉑銥合金米原器，以其0℃時(shí)兩端刻線記號(hào)間的距離作為1米。后來(lái)米原器相互比較時(shí)發(fā)現(xiàn)了差異，并且米原器本身再結(jié)晶的過(guò)程也會(huì)使它的長(zhǎng)度發(fā)生變化。于是1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)將米定義為光在真空中于1/299?792?458秒內(nèi)所經(jīng)路徑的長(zhǎng)度。

千克 1889年第1屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)規(guī)定，千克等于國(guó)際千克原器的質(zhì)量。國(guó)際千克原器用90%鉑和10%銥的合金制成，為高度和直徑均為39毫米的圓柱體，保存在國(guó)際計(jì)量局，別名“大K”。各國(guó)保存的復(fù)制品，會(huì)定期到國(guó)際計(jì)量局與“大K”進(jìn)行校準(zhǔn)，但130年之后，復(fù)制品的平均水平與“大K”發(fā)生了50微克偏差。國(guó)際千克原器的質(zhì)量是否發(fā)生了變化，具體變化了多少至今仍是一個(gè)謎。于是2018年第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定改由普朗克常數(shù)h來(lái)定義。即當(dāng)以單位JS表示時(shí)，將普朗克常數(shù)h的固定數(shù)值取為6.626 070 15×10-34來(lái)定義。

安培 1908年國(guó)際電學(xué)大會(huì)定義1秒內(nèi)從硝酸銀溶液中能電解出1.118?00毫克銀的恒定電流為1安培，又稱國(guó)際安培。1946年，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)提出定義為：在真空中，截面積可忽略的兩根相距1米的平行而無(wú)限長(zhǎng)的圓直導(dǎo)線內(nèi)，通以等量恒定電流，導(dǎo)線間相互作用力在1米長(zhǎng)度上為2×10?7牛頓時(shí)，則每根導(dǎo)線中的電流為1安培。2018年第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)改為由基本電荷e（固定數(shù)值取為1.602 176 634×10 -19C）來(lái)定義。

開(kāi)爾文 定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。即以絕對(duì)零度為原點(diǎn)，以水三相點(diǎn)為基本固定點(diǎn)，其間等分內(nèi)插273.16格，每1格為1開(kāi)。三相點(diǎn)是指固相、液相和氣相之間平衡點(diǎn)。2018年第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)改為由玻爾茲曼常數(shù)K（固定數(shù)值取為1.380 649×10-23JK）來(lái)定義。

摩爾 摩爾是一系統(tǒng)物質(zhì)的量，該系統(tǒng)中所包含的基本微粒（如分子、原子、電子等）數(shù)與12克12C的原子數(shù)目相等?，F(xiàn)知12克12C中含6.022?141?99×1023個(gè)碳原子。2018年第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)改為由阿伏伽德羅常數(shù)6.022 140 76×1023mol-1來(lái)定義。

坎德拉 1967年第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)對(duì)坎德拉規(guī)定為：在101?325牛頓每平方米壓力下，處于鉑凝固溫度(2?045開(kāi))的黑體，其1/600?000平方米表面在垂直方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉。隨著輻射測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，1979年第16屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上決定采用現(xiàn)定義：一個(gè)光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，該光源發(fā)出頻率為540×1012赫的單色輻射，且在此方向上的輻射強(qiáng)度為1/683瓦每球面度。

變革帶來(lái)的影響

自2019年5月20日起，國(guó)際單位的7個(gè)基本單位將全部由基本物理常數(shù)定義，這將徹底改變過(guò)去依靠實(shí)物基準(zhǔn)逐級(jí)傳遞的計(jì)量模式，大幅縮短量值傳遞鏈。開(kāi)啟了任意時(shí)刻、任意地點(diǎn)、任意主體根據(jù)定義實(shí)現(xiàn)單位量值的大門，未來(lái)對(duì)經(jīng)濟(jì)、科技與民生等都將產(chǎn)生深刻的影響。

什么不會(huì)變

“千克的定義變化了，我們的體重會(huì)變重嗎？買菜會(huì)變貴嗎？不會(huì)，你買一斤菜還是一斤菜?！睂?duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，國(guó)際單位制是“不變”的。除電學(xué)單位外，新定義下各個(gè)單位大小和舊定義幾乎完全一致。事實(shí)上，電學(xué)單位的改變也微乎其微，電壓?jiǎn)挝坏淖兓s為正千萬(wàn)分之一，電阻單位的變化則更小。但這只會(huì)影響對(duì)測(cè)量不確定度要求最高的頂尖計(jì)量機(jī)構(gòu)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)于普通用戶、產(chǎn)業(yè)界人士和多數(shù)科研人員來(lái)說(shuō)，新定義不會(huì)對(duì)他們?cè)斐捎绊懀麄兊臏y(cè)量結(jié)果仍將是連續(xù)的。這看上去似乎理所當(dāng)然，但實(shí)際上卻是全球測(cè)量科學(xué)家數(shù)十年潛心研究和通力合作的結(jié)果——所有用于基本單位重新定義的“常數(shù)”都經(jīng)過(guò)了精確測(cè)量與嚴(yán)格驗(yàn)證，從而保障了新單位的大小“不變”。