历史性变革！千克、安培、开尔文和摩尔等单位被重新定义

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导读

第26届国际计量大会经各个成员国表决，于16日通过了关于“修订国际单位制”的1号决议。根据决议，千克、安培、开尔文和摩尔等4个国际单位制分别改由普朗克常数h、基本电荷常数e、玻尔兹曼常数k和阿佛加德罗常数NA来定义。这是国际单位制自创建以来的最重大的变革，用实物原器定义测量单位的方法成为历史，这将从根本上保证国际单位制的长期稳定性，对科技创新、产业发展和全球治理等影响深远。

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国际单位制目前有7个：时间单位“秒”、长度单位“米”、质量单位“千克”、热力学温度“开尔文”、电流单位“安培”、发光强度单位“坎德拉”和物质的量单位“摩尔”。起初，测量单位是基于实物或物质的特性来定义的。但是，以实物作为基准，会遇到一个问题：这些实物会随时间推移或环境改变而变化，不能满足当今科学研究与技术应用对测量准确度的需要。

以千克为例，其定义来自于一块保存在国际计量局的铂铱合金圆柱体，即“国际千克原器”的质量。“但这个基准实物一旦制成后，总会有一些不易控制的物理、化学过程使它的特性发生缓慢的变化，因而它所保存的量值也会有所改变。”中国计量院从事质量新定义研究的研究员李正坤指出。据国际计量局数据显示，百年来各国保存的质量基准与国际千克原器的一致性共发生了约0.05毫克的变化。

国际千克原器（IPK）。 中国计量院供图

鉴于实物本身的不稳定性，测量界一直以来都在致力于建立一个不依赖于物理实物的测量体系。20世纪以来，科学家们测量了自然界的基本常数，如光速和普朗克常数，准确度越来越高，比实物更加稳定。这些自然常数不会发生变化，至少比实物稳定一百万倍。“用基本物理常数普朗克常数h重新定义千克后，质量基本单位更加稳定，量值传递更加可靠。”李正坤说，千克改用普朗克这个量子物理的基本常数，适用于任何地点、任何时间。

“SI的重新定义是科学进步的一个里程碑。”国际计量局局长马丁·米尔顿表示，“质量、时间等重要概念作为认识世界本质的基础，用物理常数来定义，意味着我们在深化科学认知、推动技术进步、解决许多社会重大挑战方面的基石更加牢固了。”

“今天标志着全球测量科学家们数十载工作的顶峰，它影响深远。”国际计量委员会主席白瑞·英格里斯说，“我们对世界的测量不再受到实物的限制了。我们有了全球通用的测量系统，为更加准确的测量铺平了道路，甚至将促进科学进步。

新定义涉及了7个SI基本单位中的4个：千克、安培、开尔文和摩尔。所有单位均可从基本单位中导出，如伏特、欧姆和焦尔。

千克－将用普朗克常数h定义；

安培－将用基本电荷e定义；

开尔文－将用玻尔兹曼常数k定义；

摩尔－将用阿伏伽德罗常数NA定义

尽管这些单位的大小没有变化（1千克仍然是1千克），4个新定义的单位将和秒、米和坎德拉一道，共同构成SI基本单位，并持续稳定和有效。重新定义后的SI将继续为促进技术创新提供支撑。

正如1967年秒重新定义为我们通过GPS和因特网进行全球通信奠定技术基础一样，这些新的变化将对科学、技术、贸易、健康和环境，以及其他许多领域产生深远的影响。

来源 | 光明日报/中国计量科学研究院 编辑 | 化学加

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