中国计量科学研究院 中国计量科学研究院院长方向技术解读

中国计量科学研究院院长指导

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尊敬的来宾，女士们，先生们，新闻界的朋友们:

大家好！

从技术和应用方面，我将介绍国际单位制改革的主要内容，解读新国际单位制的特点和意义，及其对人们日常生活乃至国家经济社会发展的影响。

国际单位制是由“公制”发展而来的国际计量语言，是人类描述和定义世界万物的标尺。国际单位制规定了7个定义严格的基本单位，即时间单位“秒”、长度单位“米”、质量单位“千克”、电流单位“安培”、度日单位“开尔文”、物质数量单位“摩尔”、发光强度单位“坎德拉”。它们就像七块独立而又相互支撑的“基石”，构成了国际单位制的“基础”。国际单位制中规定的其他单位，如力的牛顿、电压的伏特、能量的焦耳，都可以由这七个基本单位的组合而得。

日前，第26届国际计量大会通过了修订国际单位制的决议。国际单位制的七个基本单位中的四个，即千克、安培、开尔文和摩尔，将分别由普朗克常数、基本电荷、玻尔兹曼常数和阿伏伽德罗常数来定义；此外，其他三个基本单位的定义表述也作了相应调整，以与这次修订的四个基本单位保持一致。

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这使得国际单位制的“基石”完全建立在“不变”的基础上，全球计量体系也发生了“不变”和“巨大变化”。

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对于大多数人来说，国际单位制是“不变的”。除电气单元外，新定义下各单元尺寸与旧定义几乎相同。其实电气单位的变化很小，电压单位的变化约为1/10万，电阻单位的变化更小。但这只会影响对测量不确定度要求最高的顶级测量机构和校准实验室。对于普通用户、工业专业人士和大多数科研人员来说，新的定义不会影响他们，他们的测量结果仍然是连续的。这看似理所当然，但实际上是全球测量科学家数十年潜心研究和合作的结果——所有用于重新定义基本单位的“常数”都经过了精确测量和严格验证，从而确保了新单位的大小“不变”。

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从新定义的深层含义来看，国际单位制的变化无疑是“巨大的”。

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首先，新定义用自然界的常数代替了原来的对象，保证了国际单位制的长期稳定性。以目前千克的定义为例，1千克正好等于国际计量局保存的IPK质量。根据国际计量局的数据，其服务130年来，其质量与各国保存的质量标准和国际计量局官方见证标准的一致性一直在50微克左右。然而，国际原公斤的质量是否发生了变化仍是一个谜。用基本物理常数h重新定义千克后，质量单位会更稳定，不用担心国际千克原装置的质量漂移可能给全球质量值的统一带来的问题。

测量基础的长期稳定性对人类面临的巨大挑战非常重要，特别是环境和气候变化以及地球运动的监测。为了获得可靠的测量数据，我们必须有一个长期稳定的参考标准，这一直是科学研究和政府决策的基础。

其次，定义常数不受时间空和人为因素的限制，保证了国际单位制的客观普遍性。物理规律是普遍存在的，但测量中有很多人为因素。最早的公斤定义为1标准大气压下4摄氏度的1立方分米纯水的质量，实际上受到温度、气压、水和容器以及测量过程等环境因素的限制。19世纪末，人们使用最先进的材料和技术建造了国际千克原始设备，目的是避免这些限制。但是，国际上只有一个公斤级的原装设备。无论其质量是否漂移，国家计量院还是要以其为标准，定期去法国国际计量局校准自己的千克原器件。新定义生效后，理论上任何地方任何人都可以按照定义复制1kg。而且，我们今天在北京繁衍后代的价值，和我们将来在火星上繁衍后代的价值是一样的。

国际单位制的客观普遍性，不仅意味着国际计量界的夙愿正在逐渐成为现实，也意味着全球价值统一有了更广阔、更便捷的途径:芯片级传感器可以在工业产品流水线上追溯国际单位制的源头，物联网各终端采集的数据可以实现可比、无处不在的最佳计量，这将推动计量管理模式的改革创新，释放计量量化改革的效率。有助于提高智能制造、物联网等新技术产业的质量水平，实现公平交易和安全医疗，从而促进信用建设，降低社会成本，保障和改善民生。

第三，新的定义可以在任何范围内复制，这保证了国际单位制的全范围准确性。修订前的开尔文定义仅基于水的三相点的一个固定点。为了测量高于或低于它的温度，我们需要根据其他固定点扩展温度范围。在未来，我们只需通过玻尔兹曼常数，就可以根据热力学温度与能量的关系，在整个温标范围内实现同样精确的温度测量。公斤也是如此。以前最精确的公斤也只有1公斤。要称一个大于1公斤的物体，我们需要反复积累1公斤；体重不足1公斤的物体，要分1公斤。积累和分割的过程会给价值的准确性带来损失。新定义不受此限制。

国际单位制的全方位准确性为科学发现和技术创新提供了新的机遇。由于测量精度更高，我们将能够测量极高和极低温度下的微小变化，从而更准确地监测核反应堆和航天器表面的温度变化；在生物医学领域，我们可以精确测量单个细胞中某种物质的含量，并根据患者的实际需要做出更准确的药物剂量。

第四，新的定义不受递归方法的限制，这确保了国际单位制今后的适用性。在新的国际单位制中，计量的两个重要概念，即单位定义和计量方法是分开的。换句话说，一米有多长，用尺子测量还是用激光测量都没有关系。新的定义生效后，千克可以通过任何合适的方法进行复制，如Keable天平法和X射线晶体密度法，这是目前世界上测量精度最高的复制方法，但即使以后有更好的实验方案，单位的定义也不会受到影响。

更好的测量原理、方法和实验仪器意味着人们可以在国际单位制的框架下实现更好的测量，这将导致仪器行业的颠覆性创新。多参数高精度传感器综合测量、无环境干扰实时测量、多物理量、化学量、生物质限量测量成为可能。

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总之，国际单位制改革是科技进步的缩影，科技创新和质量发展的基础将更加坚实。就像1967年，利用原子的特性对国际上对秒的定义进行了修正——虽然在修正之初人们并不知道它可以用在哪里，但现在，基于原子钟的计时技术已经成为互联网、移动通信和卫星导航的基础。新的国际单位制也是如此，未来将对科技、贸易、卫生、环境等更多领域产生深远影响。

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作为中国的国家计量院，中国计量院紧跟国际计量科学前沿，继续开展国际单位制基本单位重现新理论和新方法的研究。到目前为止，中国计量科学研究院在玻尔兹曼常数、普朗克常数、阿伏伽德罗常数等物理常数的测量以及量子基准的研究和建立等方面取得了一系列突破。特别是中国计量院用声学法和噪声法测得的玻尔兹曼常数，为基本单位开尔文的修订做出了重要贡献。中国计量院还基于新的定义，自主建立了千克再现与传输装置、量子电阻和量子电压装置，能够适应国际单位制改革的需要，保证我国重要的基础值与未来国际等同值保持一致。

未来，中国计量院还将针对国家战略需求，加强计量基础前沿研究；加快建设一批适合量化研究的高水平精密测量基础设施；加快建设以量子计量为基础的国家现代先进测量体系，为建设制造强国和质量强国提供有力支持和保障，有效提升市场监管能力，充分发挥计量在提升国家核心竞争力中的作用。

转自:中国市场监管