"千克"被重新定义　物理教材将修订

核心提示：“2018年11月16日，貌似平淡无奇的一天，人类文明悄然度过了一个关键节点。”在昨日的新闻发布会上，市场监管总局计量司司长谢军援引一句评语，描述国际单位制重新定义的意义。

千克、安培、开尔文、摩尔……这些人类描述和定义世间万物的标尺，今后将全部由“常数”定义。

昨日，国家市场监督管理总局举行“国际单位制重大变革”专题新闻发布会。市场监管总局计量司司长谢军在发布会上透露，明年5月20日起，中国将启用新国际单位制，质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”、物质的量单位“摩尔”将改由基本物理常数重新定义。

7个基本单位改由常数定义

“2018年11月16日，貌似平淡无奇的一天，人类文明悄然度过了一个关键节点。”在昨日的新闻发布会上，市场监管总局计量司司长谢军援引一句评语，描述国际单位制重新定义的意义。

国际单位制（SI）作为国际通用测量语言，几乎是世界上所有国家的法定单位制。去年11月16日，在法国巴黎召开的第26届国际计量大会上，经包括中国在内的53个成员国集体表决，全票通过了关于“修订国际单位制”的1号决议。

根据决议，质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”、物质的量单位“摩尔”4个国际单位制基本单位将改由常数定义，从而更具有稳定性和普适性，并将于2019年5月20日“世界计量日”当天正式生效。

加之此前对时间单位“秒”、长度单位“米”和发光强度单位“坎德拉”的重新定义，至此，国际计量单位制的7个基本单位全部实现由基本物理常数定义。

中学物理教科书将改写

“这是改变国际单位制采用实物计量的历史性变革，也将成为人类科学发展进步中不会被忘记的一座里程碑。”谢军指出，这次国际单位制的成功变革，将保证SI长期稳定性和环宇通用性，也将开启任意时刻、任意地点、任意主体根据定义复现单位量值的大门。

明年5月20日，中国将启用新国际单位制。

谢军说，就像1967年，用原子的特性修订了时间单位“秒”的定义，使我们在几十年后的今天拥有了卫星导航和互联网技术一样，“千克”等4个国际单位制的重新定义，将在未来对人类科学、技术、贸易、健康、环境等领域产生重大而深远的影响，而现在我们对这些影响的预判和认为，可能是未知远远大于已知。

一个近在眼前的影响是，中学物理教科书需要相应修订。记者获悉，目前，国家市场监管总局有关部门正与教育部进行沟通，争取早日将新的国际单位制定义写入中学教材。

【释疑1】

为何重新定义基本单位？

按照第26届国际计量大会1号决议，千克、安培、开尔文、摩尔将分别改由普朗克常数h、基本电荷常数e、波尔兹曼常数k和阿伏伽德罗常数NA定义。

从理论上说，这些基本物理常数的准确数值，与测量地点、测量时间及所用的测量仪器及材料均无关联，是恒定不变的量。

以温度单位“开尔文”为例，其原定义基于水的三相点热力学温度，即冰、液态水和水蒸气共存时的温度，定义为273.16开尔文。按照新定义，“开尔文”将由波尔兹曼常数k的固定数值定义。

质量单位“千克”作为最后一个仍由实物定义的SI单位，也将改由常数定义。中国计量科学研究院院长方向说，一个多世纪以来，1千克的质量都是由“国际千克原器”——一块高尔夫球大小的铂铱合金圆柱体来定义，即1千克等于国际千克原器的质量。

修订后，千克将采用普朗克常数h的固定数值定义。其原理是将移动质量１千克物体所需机械力换算成可用普朗克常数表达的电磁力，再通过质能转换公式算出质量。

中国计量院从事质量新定义研究的研究员李正坤介绍，鉴于实物本身的不稳定性，测量界一直以来都在致力于建立一个不依赖于物理实物的测量体系。20世纪以来，科学家们测量了自然界的基本常数，如光速和普朗克常数，准确度越来越高。他们发现这些常数比实物更加稳定，并将这些常数的数值固定下来。这些自然常数不会发生变化，至少比实物稳定100万倍。

“用普朗克常数h重新定义千克后，质量基本单位更加稳定，量值传递更加可靠，我们不必再考虑国际千克原器质量是否发生变化，更不必担心国际千克原器丢失、损坏可能给全球质量量值统一带来的毁灭性灾难。”李正坤说。

【释疑2】

计量单位变化有何影响？

对大多数普通人来说，国际单位制的变化不会对生活产生即时影响。

“千克的定义变化后，体重会变重吗？买菜会不会变贵了？不会，买一斤菜还是一斤菜。”方向解释说。

谢军同样指出，新定义生效后，对大多数科研人员、产业发展以及人们日常生产生活来说，不会直接造成大的改变，原有的测量结果仍将是连续的、稳定的。

“此次变革从表面看可能感觉不到发生的变化，就如同我们给房子换了一个更加坚固的地基，并不太会直接影响我们生活起居，但它实际上已经发生了‘脱胎换骨’的变化。”谢军指出，SI重新定义将使计量基准可随时随地复现，“通俗地说，就是我们在生产生活中都将能够直接应用最准的‘标尺’。”

方向进一步指出，得益于更高的测量准确度，可以测量极高、极低温度的微小变化，更准确监测核反应堆内、航天器表面的温度变化；在生物医药领域，可以更准确测量单个细胞内某种物质的含量，并根据病人实际需要，定制更精准的药物剂量。

此外，谢军进一步解释说，SI重新定义生效后，可通过嵌入芯片级量子计量基准，将能把最高测量精度直接赋予制造设备并保持长期稳定，从而实现对产品制造全过程的更准确稳定地感知和最佳控制，支撑流程再造、节能减排和质量提升等，这将助推新一轮以信息技术、大数据和人工智能为特征的科技革命。

■ 链接

130岁“国际千克原器”将退役

中国计量科学研究院院长方向介绍，国际单位制SI是从“米制”发展起来的国际通用的测量语言，是人类描述和定义世间万物的标尺。国际单位制规定了7个具有严格定义的基本单位，分别是时间单位“秒”、长度单位“米”、质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”、物质的量单位“摩尔”和发光强度单位“坎德拉”。

它们好比7块彼此独立又相互支撑的“基石”，构成了国际单位制的“地基”。国际单位制规定的其他单位，如力的单位牛顿、电压单位伏特、能量单位焦耳等等，都可以由这7个基本单位组合导出。

而“千克”重新定义后，国际千克原器将正式退役。方向介绍，经1889年第一届国际计量大会批准使用以来，“国际千克原器”由国际计量局维护，保存在法国塞夫勒的布勒特伊宫地下保险箱内，并用三层玻璃钟罩保护，最外一层抽成半真空，以防止空气和杂质进入。保险箱必须由三把钥匙同时开启，钥匙分别保存在国际计量局局长、国际计量委员会主席和法国国家档案馆馆长手中。

方向介绍说，国际千克原器有且只有一个，各国按照一样的大小、一样的原材料复制了若干个，来保证计量标准一致，比如中国计量科学研究院就保存了三个复制件，目前有效的还有两个。

每隔40年，各国计量院需将复制件运回巴黎，与原器进行对比，校准自己的千克原器。虽然国际千克原器被严格保存，但只要落上一粒尘埃，就会对全世界的质量标准产生变化。

服役近130年来，国际千克原器的质量与各国保存的复制件质量基准、国际计量局官方作证基准出现了约50微克偏差，这大约是一根睫毛的重量。