計(jì)量單位制的重大技術(shù)變革 

《質(zhì)檢科技**“十三五”規(guī)劃》對未來5年質(zhì)檢科技**做了系統(tǒng)謀劃和前瞻布局，其中“大力提升參與競爭的技術(shù)能力”任務(wù)中明確部署了“提升計(jì)量科技競爭力”專欄。單位制的重大技術(shù)變革是計(jì)量科技提升競爭力的重要機(jī)遇與挑戰(zhàn)，是質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)升級換代與快速發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，將對各國的經(jīng)濟(jì)、科技、社會等各方面產(chǎn)生深刻影響。

  單位制(SI)是統(tǒng)一的計(jì)量單位制，是構(gòu)成計(jì)量體系的基石，目前的單位制中，有時(shí)間、長度、質(zhì)量、電流、溫度、光度和物質(zhì)的量7個(gè)**基本的計(jì)量基準(zhǔn)。特別是1875年**次計(jì)量大會后，各國開始建立統(tǒng)一的、以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)、以實(shí)物為基準(zhǔn)的單位制及準(zhǔn)確的計(jì)量基準(zhǔn)，為統(tǒng)一全的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)起了很好的作用。

  但是，20世紀(jì)以來量子科學(xué)的飛速發(fā)展，提供了可以建立更準(zhǔn)確的計(jì)量基準(zhǔn)的手段。例如人們發(fā)現(xiàn)一些原子在能級變化時(shí)發(fā)出的光譜譜線，其頻率的穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原來用地球運(yùn)動(dòng)定義的頻率穩(wěn)定度，**穩(wěn)定的原子譜線可以達(dá)到10-18量級甚至更高的穩(wěn)定度。如用這樣的譜線頻率來定義時(shí)間單位的計(jì)量基準(zhǔn)，其穩(wěn)定度比原來用地球運(yùn)動(dòng)定義的時(shí)間計(jì)量基準(zhǔn)高出了十來個(gè)數(shù)量級。所以計(jì)量大會在1968年已通過改用銫原子同位素能級變化時(shí)的一根譜線的頻率來定義時(shí)間的計(jì)量基準(zhǔn)“秒”，使得時(shí)間計(jì)量基準(zhǔn)的穩(wěn)定性大幅度提高。另一方面，許多基本物理常數(shù)在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出是不變的。所以用基本物理常數(shù)來定義計(jì)量基準(zhǔn)也可達(dá)到高的穩(wěn)定性。作為典型的例子，光在真空中的傳播速度c就是一個(gè)大家熟知的基本物理常數(shù)。許多實(shí)驗(yàn)及天文觀察證實(shí)，真空中的光速是不變的。所以長度的計(jì)量基準(zhǔn)“米”的定義也改為(1/299792458)秒中光在真空中的傳播距離。這樣定義的長度計(jì)量基準(zhǔn)原則上可以達(dá)到與時(shí)間基準(zhǔn)相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定度。20世紀(jì)60到80年代發(fā)現(xiàn)的“約瑟夫森效應(yīng)”和“量子化霍爾效應(yīng)”(兩種新效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者均獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))則給了我們定義電流的計(jì)量量子基準(zhǔn)的手段，也可以達(dá)到10-10量級或更高的穩(wěn)定度。在溫度、光度、質(zhì)量、物質(zhì)量方面，各國也都在努力建立穩(wěn)定性高的計(jì)量基準(zhǔn)。

  “十二五”期間，我國在單位制變革中，已進(jìn)行先期布局，突破了一些關(guān)鍵技術(shù)，部分成果進(jìn)入了**行列，但是部分參數(shù)的測量結(jié)果與**水平仍有較大差距：如德國在有關(guān)千克重新定義的阿伏伽德羅常數(shù)測量方面**;美國研制的下一代時(shí)間頻率基準(zhǔn)光鐘的準(zhǔn)確度已達(dá)50億年僅差1秒。我國尚未建立起以量子物理為基礎(chǔ)的新一代計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)裝置和完整的量值傳遞體系。

  “十三五”期間，我國應(yīng)抓住單位制變革的重大機(jī)遇，深入落實(shí)**驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，應(yīng)對單位制(SI)基本單位重新定義的重大變革，高準(zhǔn)確地測定普朗克常數(shù)、玻爾茲曼常數(shù)和精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)等，全力推進(jìn)基本物理常數(shù)的測定，不斷提升測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，在單位制變革中占據(jù)更大的權(quán)重，構(gòu)建出以量子基準(zhǔn)為核心的新一代計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)體系，在計(jì)量界確立的地位，進(jìn)一步夯實(shí)質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)，**支撐我國**驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略和質(zhì)量強(qiáng)國戰(zhàn)略。