量子基准将取代实物基准 据了解,国际单位制是全球统一的
计量单位制,是构成国际计量体系的基石。其核心是7个基本单位,即时间单位“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”。国际单位制最早形成于19世纪,伴随着科技发展,发生了多次重大变革。
中国计量院院长方向介绍,20世纪80年代开始,量子力学的发展催生了国际单位制又一次重大变革。国际计量界决定对国际单位制的7个基本单位重新定义,将其与宇宙中恒定不变的量或基本物理常数联系起来,以量子物理为基础的自然基准取代实物基准,这样就不会受到空间和时间改变的影响,测量准确度等技术指标得以大幅度提高。
“此次变革的核心是‘
计量单位量子化’和‘量值传递扁平化’。”方向解释,所谓“
计量单位量子化”,是指通过全面采用量子计量基准,大幅提高测量精度和稳定性;而“量值传递扁平化”则是指通过量子计量基准与信息技术的结合,使量值传递链条更短、速度更快、测量结果更准更稳。
“单位‘米’的基准是实物米尺,各个国家都有一把作为基准的米尺,而且需要溯源到国际计量局的国际米原器进行校准,以确定其准确量值。然后通过实物传递到省一级、市一级、县一级等一级级地进行校准。传递的过程越长,其精度的损失就越大。”方向说,现在通过激光的波长来定义“米”,因为激光的频率和速度非常稳定,只要准确地测定某一种激光的频率或速度,然后以此来计算一定时间里它走过的距离,就可以定义“米”了。
重新定义后的“米”为激光在真空中1/299792458秒(接近三亿分之一秒)所走的距离,其准确度比国际米原器大幅提高,而且其复现和传递可以不受时间和环境的影响,更能满足我们不断增长的测量需求。“现在的先进制造、精密制造、精准医疗等,对长度的测量需要精确到几何级,直接用激光器来校准,肯定比传统方式要更精确。”方向说。