基本物理常量与国际单位制基本单位的重新定义.pdf

维普资讯 2006年第2期 物理通报 科学前沿 基本物理常量与国际单位制基本单位的重新定义 张钟华 (中国计量科学研究院 北京 100013) 摘 要：用固定若干基本物理常量的数值重新定义国际单位制基本单位，可以大幅度提高基本单位的准确性 关键词：基本物理常量 量子计量基准 器上两条刻线间距离就定义为长度单位米；用一组 1 引言 饱和式韦斯顿标准电池的端电压的平均值保持电压 现代社会广泛使用的国际单位制SI从 19世纪 单位伏特；用一组标准电阻线圈的电阻平均值保持 的米制公约开始起步，于20世纪中叶基本完成．其 电阻单位，等等． 中定义了7个基本单位．20世纪50年代以前，这些单 20世纪50年代以前，基本单位的量值就由实物 位大多是由实物基准复现和保存的．随着科学技术 基准所保存及复现．这种实物基准一般是用工业界 和工业生产的飞速进步，实物基准的准确性已赶不 所能提供的最好的材料及工艺制成，以保证其稳定 上时代的需求．20世纪后半叶，量子物理学的成就 性．但是随着科技及工农业的发展，这样的传统计量 为进一步提高基本单位提供了新的手段．几十年来 量值传递检定系统开始反映出下列的不足之处： 的实践证明．用固定若干基本物理常量的数值重新 (1)最高的计量基准为某种实物．这样的实物 定义国际单位制基本单位，可以大幅度提高基本单 基准一旦制成后，总会有一些不易控制的物理、化学 位的准确性． 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．以上述铂铱合金千克砝码原器 2 经典的计量基准 为例，缓慢地吸附在其表面及内部的气体 、表面沾上 各种计量的准确度是由计量标准来保证的．而 的微尘、甚至多年使用中形成的磨损及划痕均会使 各级计量标准最后均需溯源到计量基准．现代社会 其质量发生变化．而且此种逐年积累的变化的准确 广泛使用的国际单位制 SI从 1875年签订米制公约 数量也很难确切查明． 时就开始起步，于20世纪中叶基本完成．国际单位 (2)最高等级的实物计量基准全世界只有一个 制中定义了米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉和摩 或一套，一旦由于天灾、战争或其他原因发生意外损 尔7个基本单位．基本单位的量值由计量基准所保 坏，就无法完全一模一样地复制出来，原来连续保存 存及复现．19世纪下半叶到20世纪上半叶，各国建 的单位量值也会因之中断． 立起了经典的计量基准．这些计量基准一般是根据 (3)量值传递检定系统庞大繁杂，从最高等级 一；．．．； 经典物理学的原理，用某种特别稳定的实物来实现， 的实物基准到具体应用场所，量值要经过多次传递， 故称为实物基准．例如一个保存在巴黎国际计量局 准确度也必然会有所下降． (BIPM)的铂铱合金圆柱—— 千克原器砝码的质量 上述问题已经使传统的量值传递检定系统 日益 就定义为质量单位千克；一根x型铂铱合金米尺原 不能适应需要．近年来与传统的实物基准完全不同 + 中国工程院院士