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计量单位:告别物理基准

时间:2019-05-22 14:32 来源:未知 作者:admin



5月20日,世界测量日。今年世界计量日的主题是国际单位体系的一次根本性飞跃,注定是历史性的一天。在这一天,国际单位制中的所有计量单位,例如千克,正式引入了新的定义,并且使用物理参考定义计量单位的方法成为历史。这是第26届国际计量会议于2018年11月16日通过的决议,被认为是自国际单位制建立以来最重大的变化。

计量学在中国古代被称为权重和测量。从英亩上升到国际千克原始,人类测量单位花了很长时间使用物理对象作为参考。今天,所有的物理参考都退出了历史舞台,基于量子物理学的自然常数已经占据了主导地位并重新定义了我们的权重。

随着测量进入量化时代,将重建全球测量技术规则。这会影响几何体吗?中国将如何回应?

  不靠谱的实物基准

国际单位制由七个基本测量单位组成:时间单位(秒),长度单位(米),质量单位(千克),开尔文热力学温度,安培电流,发光强度单位和质量单位。最初,度量单位是基于物理或材料属性定义的。以千克为例,最初定义为1立方分米水的质量,以国际度量衡局存储的铂铑合金圆筒作为物理参考,即原始国际千克(IPK)俗称大K),代表1公斤。质量。每个国家的基准质量标准都需要由国际度量衡局定期进行比较和校准,以确保测量值的等效性和一致性。

但是,通过使用物理对象作为参考,您将遇到一个问题:这些物理对象会随着时间的推移而改变,或者环境会发生变化。例如,伟大的K是用十九世纪末和二十世纪初该行业提供的最好的材料和技术制成的。然而,长期以来,保存量仍然是由于一些无法控制的物理或化学变化。更改。

根据国际计量局的数据,过去100年来每个国家保存的质量基准的一致性已改变约0.05毫克。如果各国保留的质量基准存在问题,或者大K本身存在问题,那就不对了。中国计量科学研究院院长说方向。就像国际计量委员会副主席约阿希姆乌尔里希的类比一样,大K倒在了地上,宇宙中一切事物的质量都会受到影响。

鉴于真实的内在不稳定性,科学界一直希望建立一个不依赖于物体的测量系统。自二十世纪以来,随着量子技术的发展,人类已经大大提高了测量自然基本或恒定物理量的准确度,如光速,普朗克常数等,并发现这些常数更多比真实的东西稳定而且不会改变。它们将测量单位与物理常数联系起来,并用基于量子物理学的自然参考替换物理参考。这不必担心全球测量值在变化或丢失并落到地面后的一致性所造成的灾难。此外,准确性大大提高。

1967年,第一次基于速率完成了量子转换,定义了第二个具有超精细能级跃迁频率的铯-133原子:13-133原子振动9192631770倍的时间段是1秒。重新定义第二次之后,先前测量的准确度增加了数千万次。然后是仪表,它被定义为光在真空中行进的距离为1/299,792,458秒(几乎百分之一秒)。作为物理参考的仪表的比例由自然常数代替,例如光速。

Big K是退出历史舞台的最后一个物理参考。公斤的新定义由质量和能量之间的关系决定,使用用于计算量子力学中光子能量的普朗克常数作为新标准。从那时起,国际单位制中的七个测量单位都已经量化,物理基准已经被自然常数所取代。

  影响很小但又很大

重新定义测量单位对我们有多大影响?非常小但非常大。

专家解释说,在国际单位制新定义生效后,这只会影响那些具有高精度测量要求的部门,以及主要的计量机构和校准实验室,它们不会直接影响普通人和我们的日常生活。你什么都不做,你会发现自己正在减肥。方向是开玩笑。

根据国际计量局的数据,在新定义生效后,电压单位伏特的大小将改变大约1000万,欧姆变化更小,千克变化,开尔文和摩尔甚至更小。有些人可能会问:改变的含义是什么?

计量学是测量的科学和应用。可以进行测量并且可以很好地进行测量。计量科学的每一次进步都极大地提高了测量精度,扩大了测量范围。管理层认为,先进的测控技术和精密仪器是科学发现和技术创新的源泉,产生了许多历史科技成果。

例如,可以实现卫星导航的原因与时间测量精度的巨大提高有关。中国工程院院士李天初解释说,在建造卫星导航系统时,每颗卫星的精确时钟都很小。四颗卫星传输四个信号,可以解决接收机在地球上的高度,大小,精度和时间,实现定位。时间同步需要精确到10减14的功率,以便精确定位一米。如果时间不正确,则不允许展示位置。

例如,在定义光速之后,测量精度提高了10,000倍以上,并且完成了原子尺度范围和高精度的完整测量,直到宇宙尺度。它诞生了激光长度测量技术,促进了纳米技术和精密制造。快速发展也为深空探测的准确时空测量奠定了基础。

国际计量局局长解释说,我们目前处于量子革命的开端,利用自然常数来定义测量单位是需要适应下一代科学发展。使用基本常数作为理解和定义自然和时间基本概念的基础,这意味着我们在深化科学认识,推进技术进步和解决许多重要的社会挑战方面有更坚实的基础。

就好像你把房子搬到了一个更坚固的基地。不可能看到表面有任何变化,但可能已经发生了实质性的变化,使房子更耐用。这位官员表示,这就像1967年重新定义了具有原子特征的第二个,虽然人们不知道它可以在哪里使用。

  抓住机遇建立先进测量体系

国际单位制的转变及其正式生效,使科学界感到更加热情。这是建立科技力量和工业强国的绝佳机会。这是善良的机会。中国工程院院士谭久斌在接受媒体采访时表示。

目前,国际测量和互识测量和校准能力位居世界第三,独立可控国家时间基准达到3000万年,不低于1秒,长度的量子基准不超过每米50纳米全部那些在世界上。领先行列。在这次量子转换中,中国也对温度和质量的重新定义做出了重要贡献,这可以确保中国的规模与国际等值一致。然而,管理层指出,中国的基本测量技术和设施仍然相对薄弱,未来对系统性和面向未来的破坏性技术的研究和布局是不够的。许多基本技术也受到人们的欢迎。

量子测量时代的到来使中国有机会进入国际。中国工程院院士尤铮认为,在国际单位体系建成后,将出现新的测量技术,并将全部返回同一起跑线。

发达国家也有重建和重建测量系统的过程。如果我们抓住这个机会,我们将大大缩短恢复距离,并以多种方式实现复苏。学术界人员谭久斌说,过去,中国测量能力的缺点不需要补充一点。相反,我们应该充分利用平衡后量化转换价值的优势,尽快在中国建立新的测量系统。管理层还提出,先进的国家测量系统将量子测量基准作为可追溯性的核心和平面,作为国家科技基础设施发展的优先领域。

在这方面,国家市场监督局副局长秦益智在测量当天的主题上表示,将从各方收集资源,加快量子时代的计量战略的制定。以测量和量化革命为契机,有关部门将共同研究和编制新一轮的国家计量发展规划,加快建设国家现代先进计量系统,强化量子计量技术。

面对国际单位体制量变革带来的机遇和挑战,如果我们利用它,我们将克服战略主动权。如果我们不理解它,我们可能会浪费时间甚至受到长期限制。方向说。


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