去年（nián），千克（kg）、開爾文（K）、摩爾（mol）、安培（A），這幾個國際單位製（zhì）中的基本單位被重新定義。5月20日（也就是世界（jiè）計量日），新的定（dìng）義將開始生效（xiào），計量界將經曆一場巨大（dà）的變化（huà）。到那（nà）時，一係列物理學常數（例如電子電荷）將不（bú）再帶有誤差棒（bàng），但這並不意味著不確定度也會（huì）消失，它們隻是轉（zhuǎn）移到其他測（cè）定量中去了。

國際（jì）單（dān）位製中（zhōng）的7個基本單位（wèi）這些變化應當不會引發任何麻（má）煩，因為誤差出現在小數點之後很遠的位置，那（nà）是大多數科（kē）學家在實驗中（zhōng）永遠無法企及的高精（jīng）確度。但這仍會帶來一些（xiē）顯著的效果，例如，在（zài）新的國際單位製中，與引力（lì）測試和製藥有關的一些（xiē）測（cè）量會變得更簡單也更精確（què）。

國際單位製（zhì）重新定義背後的指導原則是將計量單位與基本常數掛鉤。比如說，千克（kè）將不再會以一個特定的（de）人工製品（pǐn）的質量來定義，而是將它與普朗克常數（一個定義了量子力學尺度的基本參數）聯係起來。國（guó）際度量衡局主任Martin Milton表（biǎo）示，確定新的定義並（bìng）不是很難，難（nán）的是實現能將宏觀的千克與量子世界的普朗克結合起來的實驗（yàn）。

儲存在法國賽弗爾的國際度量衡局（BIPM）內的（de）國際千克原器，它是一塊鉑-銥合金圓柱體。圖片：BIPM在過去幾十年裏，研究人員已經開（kāi）發了兩種聯係千克與普朗克常數的實驗。

基布爾秤能夠以很高的精度測量普朗克常數，在國際單位（wèi）製重新定義後，它可以在無需參考任何標準千克（kè）的情（qíng）況下測量質量。圖片：NIST第一種是基布爾秤，它的工作原理是用線圈在磁場中受到的向上（shàng）的磁（cí）力來平衡一塊金屬受到的（de）向下的重力；磁力可以通過改變線圈中的電流來（lái）調節，而電流是根據普朗克常數而測得的。這樣（yàng），普朗克常數就通過（guò）電流與千（qiān）克聯係起來了。

國際阿伏伽德羅計劃開發（fā）了一種技術來測量和估（gū）算矽-28晶體球內包含的原（yuán）子數量。圖片：NIST第二種實驗是由國際阿伏伽德（dé）羅計劃構想出（chū）的（de），科學家（jiā）首先將1千克均勻（yún）的矽-28晶體製作成一個近乎完美的球體，然後使用X射線晶體學和光學幹（gàn）涉技術計算出球體中的原子數量，再將其質量（liàng）與普（pǔ）朗克常數聯（lián）係起來。

2017年，這兩（liǎng）種方法都基於標準千克給出了普（pǔ）朗克常數的數值，並且精度達到了10ppb（即十億分之十）。這樣高精度的測量使得（dé）科學家能夠反過來以普朗克常（cháng）數作為定義的標（biāo）準，而不是千克。因此，千克沿襲了之前出現在普朗克常數測量中的不確定度。美國國家標準技術（shù）研（yán）究所（suǒ）（NIST）的物（wù）理（lǐ）學家Stephan Schlamminger說：“不確定（dìng）度就像是地毯下的一個氣泡，你（nǐ）可以在一個地方將它壓下去，但它會從另一個地方再冒出來（lái）。”

那麽這是否意味著從5月21日開始，所有的重量測（cè）量都要重新來（lái）過？並非如此。大多數的質量測量裝置都沒（méi）有精確到（dào）足以（yǐ）探測到10ppb這一量級的變化。唯一遭受損（sǔn）失的是國際度量衡局裏的國際千克原器，因為它將從1千克的標準定義（不確定性為0）變（biàn）成一塊質量（liàng）的不確定度為（wéi）10微克的金屬（shǔ）。不過鑒於能建立一套更簡單、更優美的（de）國際單位製，這樣的代（dài）價並不（bú）為過。

對（duì）安培的重新定義則會導致其他的一些標準（例如（rú）伏特和歐姆）也會發生微小的數值變化。NIST的（de）物理學家Dave Newell說（shuō），這種變化對於（yú）在美國為（wéi）電氣標（biāo）準提供原級校準服務的24個實驗室來說是顯而易（yì）見的（de）。而這（zhè）些標準所校準的儀器又反過來（lái）會校準（zhǔn）其他儀器。不確定度會沿著這個校準的鏈條（tiáo）自上而下地（dì）增加，從而（ér）到最後察覺（jiào）不到重新（xīn）定義國際單位製的影響。畢竟大多數研究人員並不需要精確到小數點後8位數（shù）。

重新定（dìng）義國際單位（wèi）的一些影響或（huò）許對小作用力的測量能讓新的國際單位製顯現出更明顯的影（yǐng）響。長時間（jiān）以（yǐ）來，小作用力的精確校準一直（zhí）是個問題。例如在一些引力測試中，需（xū）要測（cè）量（liàng）質量（liàng）小到1毫克的物體的（de）作（zuò）用力。而在現行的國際單位製中，1毫（háo）克的校準標準需要從1千克開始，並通過與較小質量多次比（bǐ）較來進行有（yǒu）效地細分。每一次的質量細分都會增加測量的不確定度（dù）。從1千克（kè）到1毫克，不確定度會從10ppb增長到100ppm（百萬分之百）——也（yě）就是增加了一萬倍。

有了新的國（guó）際單（dān）位製，我（wǒ）們就可（kě）以通過直接（jiē）建造一個（gè）能夠測量所需精度量級的設（shè）備，來規避這種複合的不確定度。NIST的研究人員目前正在開發一種可以（yǐ）在10克量級上（shàng）進行測量的台麵基布爾秤。與耗（hào）資數百萬美（měi）元的（de）千克級基布爾秤比起來，這些商業秤大約需要5萬美元。更小（xiǎo）的質量級別還（hái）可以選（xuǎn）擇使用靜電（diàn）力秤，它的工（gōng）作原理與基布（bù）爾秤（chèng）相似，但利用的是電容器的靜電力，而不是線圈的磁力。

製藥行業或許是能從小質量級別的（de）秤中獲益的領域，在未來所謂的個性（xìng）化醫療時代，醫務人員將根據（jù）患者的DNA圖譜為他們提供毫克水平的精確劑量。除了測量重量之外，靜電力（lì）秤和基布爾秤也可以被轉動到水平方向來測量（liàng）其他（tā）作用力。例如，它可被用來測量一束激（jī）光對附在靜電裝置（zhì）上的鏡（jìng）子所（suǒ）施加的力。這將（jiāng）為激光（guāng）幹涉儀（yí）引力波天文台（LIGO）等高精度實驗提供一種更直接的激光功率校（xiào）準方法。

Milton認為，新的國（guó）際單位製的優勢在於，它為那些想要發明新（xīn）方法來實踐這些單位定義的人打開了一扇大門，而之前的情況並非如此。Newell也持有同樣的觀點，他認為當我們不（bú）再以人工製品（pǐn）作為標（biāo）準之後，實驗室就可以建造（zào）自己的內部設備，讓這些（xiē）設備直接與基本常數關聯。最終，沒有人需要再依靠NIST或其他設備來進行校準。Newell說：“我們實際上是在讓自己失（shī）業。”

即（jí）將到來的計量革命可（kě）能會改變科學家與測量設（shè）備互動（dòng）的方式。Schlamminger表示，以前，當計量單位是（shì）以人工製品定義時，他們的目標是維持靜止（zhǐ）：“對於人工製品，因為擔心它會（huì）被（bèi）損壞，所以不太（tài）願意使用（yòng）。”但像基布爾秤這樣的機（jī）器則會鼓勵人們去使（shǐ）用，因為使用得越（yuè）多，對它的理解也就（jiù）越深刻。而且不（bú）同於人工（gōng）製品的是，機器有改進的空間，它還可（kě）以變得更好。