2018年11月16日，經國際計量局60多個成員國表決，第26屆國際計量（liàng）大會（CGPM）通（tōng）過了關於“修訂國際單位製（zhì）（SI）”的1號決議。根據決議，SI基本單位中的4個，即千克、安培（péi）、開爾文和摩爾分別改由普朗克常數h、基本（běn）電荷（hé）常數（shù）e、玻爾茲曼常數k和阿伏（fú）伽德羅常（cháng）數NA定義。這是SI自（zì）1960年創建以來最為重（chóng）大的變革，將（jiāng）從根本上保證SI的長期穩（wěn）定性，對科技創新、產業發展和全球治理等影響深遠。

　　新SI到底改變了什麽？為什麽要做出這樣的改變？哪些人將受到影響或不受影響（xiǎng）？新SI有何優勢？將在哪些領域發揮作用？中國計量科學研究院采訪了國際計量界8位資深專家，對這些問題進行了解答。

　　受訪專家包括：國際計量委員會（huì）主（zhǔ）席白瑞·英（yīng）格裏斯（Barry Inglis）博士，國際計量（liàng）局終身（shēn）榮譽局（jú）長（zhǎng）泰瑞·奎恩（Terry Quinn）博士，國際計量（liàng）局局長馬丁·米爾頓（Martin Milton）博士，國際計量委員會副主席、美國標（biāo）準與技術（shù）研究院前院長威利·梅（Willie May）博士，國際計量委員會副主席、德國物理技術研究院院長約阿希姆·烏爾裏希（Joachim Ullrich）教授，國（guó）際計量局前局長、德國（guó）物理技術研究（jiū）院前副院長邁（mài）克爾·庫納（Michael Kuehne）教授，國際計（jì）量委（wěi）員會委員、英國（guó）國家物理研究院前院（yuàn）長布萊恩?鮑舍爾（Brian Bowsher）博士和國際計量委員會秘書長、加（jiā）拿大國家研究委員會國家測量標準研究院前院長詹姆斯?麥克拉倫（James McLaren）博士。

　　英格裏斯：從國際（jì）單（dān）位製的角度（dù）來說SI不會改變，我們還將擁有（yǒu）相同的國際（jì）單位。我們仍將有千克、米、秒和開爾（ěr）文等，但重新定義會（huì）使一些單位的數值發生變化。有4個單位將受到影響，千克、安培、開爾文和摩（mó）爾。

　　奎（kuí）恩：我們測量係統（tǒng）的基礎（chǔ）將不再基於實物。以千克（kè）為例（lì），它的定義現在是（shì）基於一塊鉑銥合金（jīn）（千克元器），而千克的新定義將基於物理常數。

　　烏（wū）爾裏希：我們確信，目前用（yòng）於單位定義（yì）的常數是不會改變的，沒有科學跡象表明它們會發生變化。千克不再像以前那樣取決於某種實物的質量，而是定義在（zài）自然界的物理常數上。我們固定這些常數的數值，根據公式（shì）將這些數值應用到任何你想要定義的數量和單位上。

　　梅：我想它（tā）還解決了一（yī）個好奇的學生可能一直在思（sī）考但不會（huì）問老（lǎo）師的問題：如果千克元器被奎恩先生或者米爾頓先（xiān）生（shēng）不（bú）小心摔在地上，磕掉了（le）一塊，我（wǒ）們的質量單位會怎麽樣？

　　奎恩：這個問題的答案很簡單。如（rú）果它磕掉了一（yī）塊，它的質（zhì）量仍然是1千克（kè），但（dàn）宇宙中（zhōng）其它物質的質量會發生變化。

　　梅：就是這樣。通過重新定義單位，我們擺脫了這種哲學困境。

　　庫納：複現單位不僅不再需要某種實物（wù）原（yuán）器，而且向更多（duō）新方法開放了，因為它（tā）們是隻基於常（cháng）數（shù）的。我們將獲得更多、更好、更（gèng）新的複現方法。我（wǒ）們不再受限製了。

　　奎恩：一位中學物理老（lǎo）師問（wèn）我還有什麽新變化，我說除了千克之外，另一個變化就是電流的（de）定（dìng）義。目前，電流是通過兩根間（jiān）隔1米的（de）無限長導線來定義的。我們（men）將改變（biàn）它，電流將根據通過的電子數來定義。啊！我們終於可以擺（bǎi）脫那個討厭的無限長導線了。

　　烏爾裏希：我（wǒ）想可能還有一些簡單的解釋（shì）。根據阿伏伽德羅（矽球法複現千克）的方式，我們取一定數量的原子，然後我們可以從基本量子（zǐ）理論得到1個原子的質量，最後我們隻需（xū）要計（jì）算原子數就可以得到1千克了。其（qí）他所有（yǒu）的質（zhì）量（liàng）也可以如（rú）此（cǐ）計算，因為根據1個原子的質（zhì）量，就可以知道5個、10個原子的質量，所以理論上我們可以複現整個範圍內的量值。

　　米爾頓（dùn）：我們一直在為2018年修訂SI做準備，它將對質量的測量產生影響，也（yě）將以新的方式（shì）影響溫度的測量。我們將可以（yǐ）使用新方法測量溫度，根據新的定（dìng）義，我們可以將（jiāng）溫度量值直接溯源到SI。此外，許多高分（fèn）辨率、高準確度的電學測量將（jiāng）被引（yǐn）入SI係（xì）統，我們通（tōng）過電學（xué）係（xì）統探測到的量子效應，也可以直接溯源到新SI。

　　麥克拉倫：雖然我們過（guò）去（qù）曾（céng）幾度修改了SI單位的定義，但我們目（mù）前所做的，有可能將是自國際單位製（zhì）有史（shǐ）以來最大的修訂。這是測量史上的一件大事（shì）。

　　英格裏斯：在短期內，普通人不會注意到差異，因為我們仍然會有千克（kè），我們仍然會有米（mǐ）。

　　奎恩：SI的修訂對大（dà）多數人來講幾乎沒（méi）有任何直接影響。大家不必擔心生活有什麽變化。你還會在市場上（shàng）買到1千克的土豆，沒問題。

　　英格裏（lǐ）斯：唯一會注意到這種變化的，是那些工作在對測量領域，對準確度水平要求最高的人。在（zài）測量準確度最高的領域，電學量的測量值會發生一定的（de）變化，但這並不是指電力（lì）公司，而是指最高水平的電學儀器廠商，他們的電學測量儀器在新定義被采納後會受到影響。這些儀器的校（xiào）準值將隨新定義發生變化，但是，電學（xué）量可能是最早會受到影響的領域。在（zài）質量方（fāng）麵，1千克的變化非常小，它不會影響大多數人。

　　米爾頓：每個國家計量院都開展了相應的工作，BIPM在其中起到了協調作用，以保（bǎo）證2019年新定義正式生（shēng）效時，普（pǔ）通用戶、產業（yè）界（jiè）人（rén）士以及科研人員都不會立即察覺有什麽改變，他們的測量（liàng）量值仍是連（lián）續（xù）的、穩定的。這些（xiē）修訂是（shì）為了滿足測量（liàng）對未來長期的需（xū）求（qiú），所以，如果中國電信或其他用戶問我們有什麽變化了，我（wǒ）們可以對他們說（shuō），新定義生效後的測量會和今（jīn）天一樣，但未來可能會有所不同。

　　梅：未來幾年內（nèi），全球公眾將會從（cóng）我們現在開展的工作中感（gǎn）受到切切實實的益處。對於大多數人來說，這種好處不會立即顯現出來，但以（yǐ）後會看到的。我認為SI的這次修訂（dìng）將被人類曆史所記錄。

　　英格裏斯：真正重要的是單位製的長期影響。我們（men）無時不刻都在使用基於（yú）國際單位製的測量，例如通信、數據傳輸，這些都需要準（zhǔn）確的時（shí）間（jiān）同步（bù），這就需要測量時間（jiān）等。從短（duǎn）期來看，SI的修訂不會產生影響，但它對國際單位製的長期穩定性有好處，特別是在一些重（chóng）大領域（yù），比（bǐ）如環境、地球（qiú）物理變化、地球運動規律、大氣變化等。對於這些領域的觀測，必須要有穩定的參照物，才可以準確地監控和預測未來。

　　烏爾（ěr）裏希：新SI的優點是不變，穩定。然後（hòu），我們（men）可以說，修（xiū）訂SI以前，千克元器掉在地下碎了，宇宙萬物（wù）的質量會受到影響。但這種情（qíng）況在SI修訂以後就不會再出（chū）現了，因為一（yī）個（物理常（cháng）數的）數值不會掉在地上。即使你把它（tā）丟到地上，它也（yě）不會（huì）改變，因為它是恒定的。

　　奎恩：修訂SI可（kě）以說是200年以來人類（lèi）進步的新高潮，可以說是一件大事。當法國在大革命期間開始采用米製係（xì）統時，它的想法（fǎ）是建立一個不屬於任何一個國家的測量係（xì）統，全世界的人都（dōu）可以使用它，它應該是為全人類所用，在任（rèn）何（hé）時代都（dōu）有效的。我們（men）認為我們即將能夠做到這一點，因（yīn）為物理常數不屬於任何一個國家，它們不屬於（yú）任何一個（gè）地方，它們在全宇宙都存在且相等（děng）。

　　烏爾裏希：我們不再需要到位於巴黎的國際（jì）計量（liàng）局去複現（xiàn）量值。我們可以在任（rèn）何地方複現（xiàn）。我們可以在生產線上複現——我們可（kě）以直接用溯源到SI的方式，校準生（shēng）產線上的上千個傳感器。

　　奎恩：再說回到千克。如果你想進（jìn）行精（jīng）確的測量，目前（qián）你能達（dá）到的最準確（què）的測量是基於（yú）1千克的質量元器的。如果你想測量（liàng）1毫（háo）克，你必須對1千克進行分解，這樣你會失去準確性（xìng）。但是，使用基（jī）於常量的新定義，你就不會失去準確性。你可（kě）以在非常小的級別或（huò）非常大的級別進行相同準（zhǔn）確度的（de）測量，這可能會對工（gōng）業產生一（yī）些實際影響。

　　烏爾裏希（xī）：另一個方麵是梅博士今天早上（shàng）所（suǒ）說的（de），我們可以建（jiàn）立一個更短（duǎn）的、直達SI的溯源鏈。從長（zhǎng）遠來看（kàn），這對於物聯網、嵌入式係統（tǒng）和微傳感器來說也很重要，它可以被放在任（rèn）何地方，如（rú）比頭發小（xiǎo）一百（bǎi）倍的（de）傳感器，也可以根據SI進行自校準。從長（zhǎng）遠來看，這可能將促進工業界產生重大創新（xīn）。對於科學而（ér）言（yán），它同（tóng）樣重要。從宏觀的角度（dù），我們可以通（tōng）過兩種方法複現千（qiān）克；從微觀角度，我們還可以第一次通過至少兩種方法來測量原子質量。我們可以第一次（cì）使原子和分子的質（zhì）量溯源到SI，這雖然對工業不是（shì）那麽重要，但對科（kē）學（xué）而言卻非常重（chóng）要。

　　庫納：未（wèi）來借助（zhù）新定義，每個（gè）人都可以通過基準方式複現1千克，所以，關鍵的問題（tí）在於對這些各自複現出的量值進行比較，因為（wéi）我們希望未來各個國家通過各自的方式獨立複現出的質量量值也是一致的。

　　米爾頓：計量是關於測量的科學（xué），有時我（wǒ）們說它是測量的藝術，因為（wéi）它非常精妙，是人類多年經驗的結晶。國際計量組織，包括各個國家計量院所做（zuò）的工作就是為（wéi）了保證我們今天所測量的數據和明天是一致的（de），在一個城市的值（zhí）和在另一個城市的值是一致的。所有不同（tóng）的測（cè）量之間是相互協調的。這是（shì）我們（men）努力在（zài）做的三件事。我們知道（dào）如果我們做好了這些事情，測量就能滿足社（shè）會（huì）、工業和政府的需求。通過溯（sù）源鏈，我們可以（yǐ）將測量結果與全（quán）球一致的測量標準聯係起來，這就是計量工作。這項工作不僅適用於實驗室，也（yě）適（shì）用於（yú）市場上的測量、互聯網（wǎng）購物時的測（cè）量、電子設備說明書上（shàng）所涉（shè）及（jí）的（de）測量。所有這些測量都和計量有關。溯（sù）源鏈則可以保證每（měi）個用戶得到的數值是正確的。

　　鮑舍爾：我還要（yào）補充一點，SI的修訂同時（shí）也是一（yī）個宣傳計量的好機會，因為有時普通民眾並不能意識到計量與生活（huó）息息相關。它可以告訴我們（men）現在的溫度，它可以告訴我們現在的感覺，它可以告訴我（wǒ）們事（shì）物的尺寸，它支撐了我們所（suǒ）做的一（yī）切。對於（yú）SI的修訂也許能讓我們（men）領會到計量的重要價（jià）值，對整（zhěng）個科學（xué）和社會的基礎（chǔ）支撐（chēng）作用（yòng）。

　　烏爾（ěr）裏希：隻有通過測量，你才能最終理（lǐ）解它。我們所有的科學（xué）都（dōu）是基（jī）於測量以及不同測量公式之（zhī）間關（guān）係的。基於（yú）我們目前的認知，科學（xué）是建（jiàn）立在測量的基礎上的（de）。

　　梅：嚴謹的（de）測量是科學創新的基礎，是所有（yǒu）被我們習以為（wéi）常的事物以及所有新發（fā）現的基礎，就像（xiàng）智能手機，它之所以存在、之所（suǒ）以被發明，都是因為（wéi）計量。但是（shì），每個人都認為這是理所當然的，你甚至都沒有考慮過這些事情牽涉到計量。除此之外，我們還有（yǒu）加密技術，如果我手機丟了，你將不會知道我的加密信息，這也需要計量工作的支撐。

　　英格裏斯：有一個（gè）名為CODATA的機構，它收集了全世界每個國家計量院所測量的基本物理常數，它匯集了所有數據並為所有（yǒu）基本物理常數製定了推薦值。世界各國的國家計量院是推進基本物理常數有關科學發展的基礎，對於（yú）這項科學（xué）研究而言，國家計量院發（fā）揮了關鍵作用。如果沒有他們的工作，SI修訂就不可能發生（shēng）。中國的（de）國家計量院（中國計量科學研究（jiū）院）也發揮了重要作用，特別是在提高溫度單位開爾文的準確性方麵，他們（men）做出了非常重要（yào）的貢獻。他們測定的（de）玻爾茲曼常數，將（jiāng）成為修訂開爾文定義的（de）基礎。

　　梅：我（wǒ）認為世界各國國（guó）家計量院之間的合作還將不斷增強，因為我們已經根據這些（xiē）常數定義了這些單位（wèi）。未（wèi）來還會有越（yuè）來越多更巧妙、但更困難的實現（xiàn）方法出現，這（zhè）將需要全世界的有誌者通力（lì）合作（zuò）、一起努力。

　　英格裏斯：我們正在努力實現長（zhǎng）期穩定性，使得我們能夠對世界麵臨的（de）重大（dà）挑戰（zhàn）性問題進行（háng）可靠的測量和監測。我（wǒ）的意思是，這些挑戰（zhàn）將是（shì）全球（qiú）性的（de），這個世界上所有人都受到物理變化的影響（xiǎng），我們都受（shòu）到（dào）環境問題的影響，我們都受溫室效應影響等。為了更準確地監（jiān）控和預測，我們需要非常穩定的參照係。短期內我們不會受益（yì），但從長遠（yuǎn）來看，它為我（wǒ）們的（de）未來奠定了基礎。

　　米爾頓：2018年我們（men）關注的重點主要是關於測量的一些基本領域，以及我們將如何在未來改善它們。但我們也不要忘記，測量領域今天所麵臨的其他（tā）重大挑戰，比如能源測量，如何保障國家間能源交易的可（kě）靠；比（bǐ）如食品安全（quán），如何為世界各地的（de）人們提供安全的食物和水（shuǐ），如何保障（zhàng）藥品既有效、價格又（yòu）合理。所有這些都取決於測量結果，世界各地的測（cè）量機構都致力於此（cǐ），並（bìng）積極地參與到這些項目中來。我們現在談論（lùn）的是我們如何（hé）來完成（chéng）這些任務，以及長期性的改善，但我們仍然要關注一些當前全（quán）球性挑（tiāo）戰的。

　　梅：我想量子技術肯定有可能提高美國（guó）人的生活質量（liàng），在許多其他地方也有類（lèi）似於我們正在進行（háng）的（de）大腦領域研究，想要真正了解我們的大腦是如何（hé）工作的。我們知道，其中有許多低電平的信號聯結形成了複雜的通路。我們將如何（hé）測量（liàng）這些係統？顯然現在還做不到。但是，如果我們有芯片級技術，我們可能就有辦法了，甚（shèn）至可能不需要植入，隻要通過皮膚接觸就能夠測（cè）出來。如果（guǒ）我在（zài）中國或美國或其他地方（fāng）對我的大腦進行測試（shì），我們希望能得到相同的結果。這意味著（zhe）這（zhè）些量子測量值必須是絕對的，必須是正確的。這是幫助我（wǒ）們理（lǐ）解（jiě）生命過（guò）程的重（chóng）要工具。對我而言，除了物理、化學計量領域以外，生（shēng）物（wù）領域對計量也（yě）提出了巨大挑戰，即我們人類有多麽相似（sì）？又有多麽不同？我們的思（sī）維是如何工作（zuò）的？我認為量子技術可以成為（wéi）我們回答這些問題的工具。

　　烏爾裏希（xī）：還有醫療傳感（gǎn）。新的醫（yī）療檢測設備，也將對計（jì）量產生廣泛需求。目前，我們要對德國的各項血液指標的正（zhèng）確性負責。我（wǒ）們正在監督3000個實驗室，但（dàn）隻是（血液指（zhǐ）標中的）二十（shí）幾（jǐ）個值。在未來，你需要測量身體的數（shù）百個值才能了解自身的（de）健康狀（zhuàng）態。我最近剛看過這樣的電影，每天早上當你（nǐ）上廁所的時候可以對自己的（de）各（gè）項指標進行測量，看看身體是否健康，狀態怎麽樣。這一天終將會到來的，所以這些數據（jù）的可靠（kào）性非常重要。因為如果你去看醫生，他會根（gēn）據這（zhè）些測量結果做出診斷和（hé）治療計劃（huá）。如果數值不正確，你所接受（shòu）的（de）治（zhì）療可能是不正確的。

　　鮑舍爾：物理科學這麽多年來（lái）一直對生命科學有很（hěn）大幫助，但我們現在正在（zài）達到一個使我們（men）能夠理解單個細胞內發生的事情的精確水平（píng），並可以將計量結果應用於個性化醫療上。

　　烏（wū）爾裏希：例如，在（zài）PTB以及NIST，我們正（zhèng）致力於下（xià）一代的5G通信，我們都將（jiāng）為此受益。5G通信的頻率（lǜ）很高（gāo），傳輸速率（lǜ）也很高，這對工業界來說是一個巨大的挑戰，但這對於自動駕駛這樣的應用來說很重要，我們（men）必須加快研究（jiū）速度。

　　鮑舍爾：我想再談談數據管理方麵的內容。因為據我了解（jiě），在與粒子物理和天文學等相關的工作中，會涉及到龐（páng）大的數據量，也（yě）許一天要處理的數據就相當於兩年前整個互聯網數據量的總和。如何從大量不太有用的信息中篩選出高質量的信息將是一項挑戰，如（rú）何應用（yòng）這些數據來支持全（quán）球發展，也（yě）將是一項重大挑戰。

　　盡管此次SI修訂不會使單位的大小發生變化——1千克還將是（shì）原（yuán）來（lái）的1千克，但修訂後的4個基（jī）本單位將與秒（miǎo）、米、坎德拉一起，提高SI的整體穩（wěn）定性和實用性。就像1967年秒（miǎo）定義的修訂使我們在今天擁有了GPS和互聯網技術（shù）一樣。新SI將在未來對科學、技術、貿易、健康、環境以及更多領域產生深遠（yuǎn）影（yǐng）響。

　　中國計量科學研究院（yuàn）作為中（zhōng）國的國家計量院（yuàn），始（shǐ）終（zhōng）緊跟（gēn）國際計量科學前沿，並在SI基本單位複現（xiàn）新（xīn）理論、新方法等方麵（miàn）持續開展研究。目前（qián），中國計量院已在（zài）玻爾茲曼（màn）常數、阿伏伽德羅常數（shù）等基本物（wù）理常數測量（liàng），以及量子基準的建立方（fāng）麵取得了係列突破。特別（bié）是該院利用聲學法和噪聲法兩種方法測得的玻爾茲曼常數，為SI溫度基（jī）本單位開爾文的修訂做出（chū）了重要貢獻，為我國（guó）在新一輪科技與（yǔ）產業革命中更好地應對科技、產業（yè）和民生各大領域的全球（qiú）性挑戰奠定了基礎。