国际公斤原型“大K”。新华社
中国千克重定义和再现装置。中国计量科学研究院供图
11日，国家市场监督管理总局召开新闻发布会，介绍质量单位“千克”、电流单位“安培”、度日“开尔文”、物质单位“摩尔”的新定义，并宣布作为国际计量局成员，我国将从明年5月20日起与世界其他国家采用新修订的国际单位制。
国际千克原型失准时，用不依赖于实物的自然常数来测量。
根据目前的定义，1kg正好等于国际计量局保存的国际千克原型(IPK)的质量。国际公斤原型是一个高尔夫球大小的铂铱合金圆柱体，绰号“大K”。
为了保证质量稳定，“大K”从出生开始就被放在巴黎郊区的保险柜里，严密监控。“只有在国际计量局局长、国际计量局主席和法国国家档案馆馆长同时在场的情况下，才能打开保险柜。”根据中国计量科学研究院院长的指示，国际计量局的成员国按照相同的尺寸和原材料复制了几份，以保证全球计量标准的一致性。中国计量科学研究院保存了三个，目前仍有两个有效。
保存在各国的复制品会定期在国际计量局用“大K”校准，但130年后，复制品的平均水平偏离“大K”50微克。
其中可能存在复制品因储存、运输等问题导致的质量变化，但不排除“大K”本身存在质量漂移。“物理基准一旦制定，总会有一些物理化学过程不容易控制，其特性会慢慢发生变化。哪怕一粒灰尘落下，‘大K’的数值也会发生变化。到目前为止，‘大K’的质量有没有变化，变化了多少，还是个谜。”方向说。
鉴于实物本身的不稳定性，国际计量界一直致力于建立不依赖于原物的测量体系。20世纪以来，随着量子技术的发展，各种物理量的测量精度大大提高。科学家发现，这些常数比真实的东西稳定一百万倍，它们的值是固定的。因此，科学家们开始探索用物理常数来定义国际计量单位。
在11月16日举行的第26届国际计量大会上，包括中国在内的53个成员国一致投票通过了关于“修订国际单位制(SI)”的第1号决议。未来千克将由符号为H的普朗克常数定义，“大K”将正式退役。“用普朗克常数定义千克后，我们就不用担心‘大K’质量的变化，更不用担心国际千克原型机的丢失和损坏可能给全球质量值的统一带来的毁灭性灾难。”方向说。
国际单位制的改变不会影响人们的日常生产生活。
除了千克，在这次国际计量大会上，电流单位“安培”、度日“开尔文”、物质单位“摩尔”的定义也将由常数定义，并于明年5月20日世界计量日生效。随着时间单位“秒”、长度单位“米”和发光强度单位“坎德拉”的重新定义，国际计量单位制的所有七个基本单位都由常数定义。
国际单位制重新定义后，对日常生活有什么影响？
“千克的定义已经改变了。我们的体重会变重吗？买菜会变贵吗？没有，你买一斤菜还是一斤菜？”方向，对于大多数普通人来说，国际单位制的变化不会对生活产生影响。
说明:虽然“安培”复现法会使用新的固定基元电荷，会导致10-7的变化，但只会影响最高级别的校准实验室，对实际使用没有影响。
既然计量单位的变化如此微妙，那么重新定义国际单位制的意义何在？
“这就像我们给房子换了一个更牢固的地基，并不直接影响我们的日常生活，但它实际上发生了‘脱胎换骨’的变化，让房子更耐用。”国家市场监督管理总局计量司司长谢军说。
他解释说，在过去，最精确的千克只有1千克。称大于1kg的物体，1kg需要反复累加；称1kg以下的物体，需要除以1kg。但是，累加或除法的过程会给数值的准确性带来损失。的新定义是不受限制的，可以达到全方位的精确度。
“由于更高的测量精度，它将直接促进市场上的公平交易，实现精准医疗，改善节能环保等。比如在航空航天空领域，我们将能够测量极高和极低温度的微小变化，从而更精确地监测航天器表面的温度变化；在生物医学领域，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制定更精确的药物剂量。”谢军说。
比如，目前各国都依赖于逐级传递实物基准的测量模式，耗时长、效率低、误差放大。在新定义下，工业产品流水线上只能使用芯片级传感器溯源国际单位制(SI)，物联网终端采集的数据可以进行比对，从而大大提高智能制造、物联网等新技术产业的质量水平。
“就像1967年，我们用原子的特性修改了‘秒’的定义，从而有了几十年后的卫星导航和互联网技术，质量单位‘千克’等四种国际单位制的重新定义，将对未来人类的科技、贸易、卫生、环境等领域产生重大而深远的影响。现在，我们对这些影响的预测和理解可能是未知远大于已知。”谢军说。
国内新建了千克重制装置，可以保证未来质量值与国际相当。
如何复制新的测量单位？
“在旧定义下，需要复制1kg，也就是复制‘大K’，而在新定义下，则取决于实验方法。目前，中国计量科学研究院已经自主建立了基于新定义的千克复现装置，预计2019年将获得等效千克定义值。”同时，中国计量科学研究院还成功研制了真空质量测量和质量标准传输装置，可以保证未来中国的质量值与国际等效接轨。
在时间单位上，中国计量科学研究院的NIM5铯原子喷泉钟是国际协调时的八大校准钟之一，达到3000万年无一秒差。在电流单位方面，我国量子化霍尔电阻基准和约瑟夫森电压基准多次参加国际比对，测量精度达到国际领先水平，其中量子化霍尔电阻基准精度比国外最好水平高10倍以上。
其中，关键是测量物理常数的能力。据介绍，截至目前，我国在玻尔兹曼常数、普朗克常数、阿伏伽德罗常数等物理常数的测量方面取得了一系列突破。特别是中国计量科学研究院用声学法和噪声法测得的玻尔兹曼常数，已被国际科学技术数据委员会(CODATA)记录，为常数的取值和基本单位开尔文的修正做出了实质性贡献。
方向:坦率地说，虽然我国在单位量子化和量子基准的研究上取得了一些成果，但一些物理常数的测量结果与国际一流水平还有很大差距，一些基准的建设还没有开始。与此同时，我国以“平值传递”技术为特征的新一代计量技术体系建设刚刚起步。与发达国家相比，一些新兴领域的测量技术仍然空小白，极限量、动态量、综合量、复杂环境下的精密测量明显落后，高端测量仪器基本依赖进口。
《人民日报》(2018年12月12日第12版)
