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“从实物到量子”
原子时诞生50周年学术报告会序言
1952年，全球第一台原子钟在英国横空出世。其后，更多先进的原子钟在美、法等国问世。鉴于原子钟卓越的准确度和稳定性，1967年第13届国际计量大会（CGPM）重新定义了SI秒——用133Cs原子基态两个超精细能级间的跃迁频率替代了原有基于地球公转和自转的秒。这标志着原子时的诞生，宣告着一个以量子定义时间的新时代正式到来。今天，全球最好的铯原子喷泉钟不确定度已经达到了1E-16量级，比地球运动的稳定性高8个数量级，相当于几亿年不差一秒。
量子计量基准的出现，还为传统实物计量标准受限于材料和工艺、最高基准受限于时空、传递链过长导致准确度连续下降等问题提供了全新的解决途径。
根据国际计量局BIPM决议，第26届国际计量大会即将于2018年11月在法国法尔赛宫举行。该届会议将最终审议新的SI修订案，其中质量单位千克（kg）、温度单位开尔文（K）、物质的量单位（mol）将分别基于普朗克常数h、玻尔兹曼常数kB和阿佛加德罗常数NA重新定义；电学基本量电流将被基本电荷常数e取代，从基本量变为导出量。包括长度在内的其他SI单位基本量全部实现对时间频率溯源，这为 “量值溯源扁平化”奠定了坚实基础。届时，SI单位的量子化变革将全部完成。
如今，经过50年孕育、发展和洗礼的铯原子时间频率基准，也受到了新一代光钟发起的挑战。在人类认知自己、认知自然的道路上，量子技术再一次成为全世界关注的焦点。量子计量作为定义世界的标尺，也必将为人类前行注入不竭动力。
从历史上看，国际单位制的每一次变革，皆会对国家科技、经济、社会等各个方面产生积极而深远的影响。为此，中国计量科学研究院拟于8月31日上午在国家会议中心举办“从实物到量子——原子时诞生50周年”学术报告会，从不同维度诠释计量从实物走向原子的演变过程和未来发展应用趋势，为我国科学制定应对单位制变革的发展战略提供有益的参考。
SI是什么？
SI单位是全球测量基础，它们就像房屋的地基，如果地基不牢靠，房屋就可能倒塌。如果没有正确地建立测量基础，将会对所有依赖于测量基础的其它事物产生负面影响。由于测量在科学、技术和我们的日常生活中无处不在，因此这些测量基础十分重要。这些测量基础给我们带来信心。
我们完全信赖商店中食品标签上显示的重量，我们不会带着自己的秤去检查他们是否可信——虽然这些重量由交易标准进行规范，但是最终实现可信测量的是靠SI质量单位这一基础支撑。
SI是国际智慧和解决方案，是测量的通用语言。计量是全球各国与经济体的共同合作的舞台。即将举行的2018年国际计量大会将达成对SI变革的全球共识。
SI体系的制定
国际计量大会（CGPM）每4-6年举行一次全部成员国派代表参加的大会。CGPM基于国际计量委员会（CIPM）的建议，接受、讨论并认可关于SI的新进展。
CIPM由CGPM提名的来自拥有较高科技地位国家的18位委员组成，每年举行会议，并对关于SI的行政和技术事务提出建议。由58个成员国和41个附属成员国代表通过多个委员会共同努力，为实现共同利益确保测量的相互间可比和一致。
国际计量局（BIPM）是位于法国塞夫勒的国际计量的中心，保存着国际千克原器。BIPM为CGPM的成员国提供计量服务，并为CIPM出谋划策，BIPM是以上这些机构的秘书处所在地，为国家或区域性计量机构提供协调服务，并为其组织正式会议。最初BIPM的主要计量任务是将各国的米和千克原器与定义SI的国际原器进行定期比对和重新校准，如今它的主要角色是全球计量体系的中枢。
现行单位制面临的两大挑战
1.依赖于现存的实物原器-国际千克原器（IPK）
许多测量都源自实物原器，比如米尺，但是IPK是目前仅存的定义某个测量单位的实物原器。
实物原器会发生变化，被损伤或毁坏。此外，想从世界的某个地点实现可靠溯源至IPK是一项艰巨的任务。从根本上而言，IPK的质量很不稳定，并且从1889年起它就可能开始产生未知的变化，但它却仍然保持着定义标准的地位。目前，全世界各国的国家千克原器需要定期运送到位于法国的IPK保存地BIPM，对其进行重量比对。运送原器这一行为本身就会给各国的原器带来风险。
用其它更为基本和稳定的东西替代SI单位制中的最后一个实物原器（IPK）是近200年来SI单位制的夙愿，如今这一愿望即将实现。
2.SI单位定义和复现的组合
测量的两个重要方面包括单位的定义（比如厘米）和用于测量的方法（比如用尺子）。如果将两个概念分离，定义能够保持稳定，同时在不需要对体系进行重大修订的情况下也能实现更完善的复现过程。
因此将定义建立在基本常数的基础之上十分重要，由于常数不变，因此它们的数值和定义能够在相当长的时间内保持稳定。同时能够巩固SI单位，并将其从内部关联起来。
SI单位修订之后，将使用以下基本常数：
真空中的光速c =299 792 458 m s–1
普朗克常数h = 6.626 06X ?10–34 J s
基本电荷e = 1.602 17X?10–19 C
玻尔兹曼常数 kB = 1.380 6X?10–23 J K–1
阿伏伽德罗常数NA = 6.022 14X?1023 mol–1
频率为540 ? 1012 Hz的单色光辐射的发光效率Kcd为683流明每瓦特
目前普朗克常数的测量方式基于SI单位，但是最终将根据吊桶天平和阿伏伽德罗实验的结果确定一个固定数值。普朗克常数将被定义为6.626 06X?10–34焦耳秒，这反过来也定义了焦耳秒（J?s）这一单位。（X表示未知的最终数值）
使用不变的自然法则使我们能够创造不变的测量规则。使用自然常数使我们能够把最小的到最大的物理量关联起来。将原子（和量子）尺度与那些宏观层面的测量关联在一起。这是变革的魅力所在。
变革标志着重大进展。如今科学进步使我们能够向更好的未来迈进，同时还能保证实际用户所需的延续性。SI重新定义将成为未来创新的跳板。 |
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