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

　　新SI到底改變了什么？為什么要做出這樣的改變？哪些人將受到影響或不受影響？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：國際計量委員會主席白瑞·英格里斯（Barry Inglis）博士，國際計量局終身榮譽局長泰瑞·奎恩（Terry Quinn）博士，國際計量局局長馬丁·米爾頓（Martin Milton）博士，國際計量委員會副主席、美國標準與技術研究院前院長威利·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·烏爾里希（Joachim Ullrich）教授，國際計量局前局長、德國物理技術研究院前副院長邁克爾·庫納（Michael Kuehne）教授，國際計量委員會委員、英國國家物理研究院前院長布萊恩?鮑舍爾（Brian Bowsher）博士和國際計量委員會秘書長、加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。

　　英格里斯：從國際單位制的角度來說SI不會改變，我們還將擁有相同的國際單位。我們仍將有千克、米、秒和開爾文等，但重新定義會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、開爾文和摩爾。

　　奎恩：我們測量系統的基礎將不再基于實物。以千克為例，它的定義現在是基于一塊鉑銥合金（千克元器），而千克的新定義將基于物理常數。

　　烏爾里希：我們確信，目前用于單位定義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于某種實物的質量，而是定義在自然界的物理常數上。我們固定這些常數的數值，根據公式將這些數值應用到任何你想要定義的數量和單位上。

　　梅：我想它還解決了一個好奇的學生可能一直在思考但不會問老師的問題：如果千克元器被奎恩先生或者米爾頓先生不小心摔在地上，磕掉了一塊，我們的質量單位會怎么樣？

　　奎恩：這個問題的答案很簡單。如果它磕掉了一塊，它的質量仍然是1千克，但宇宙中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：復現單位不僅不再需要某種實物原器，而且向更多新方法開放了，因為它們是只基于常數的。我們將獲得更多、更好、更新的復現方法。我們不再受限制了。

　　奎恩：一位中學物理老師問我還有什么新變化，我說除了千克之外，另一個變化就是電流的定義。目前，電流是通過兩根間隔1米的無限長導線來定義的。我們將改變它，電流將根據通過的電子數來定義。?。∥覀兘K于可以擺脫那個討厭的無限長導線了。

　　烏爾里希：我想可能還有一些簡單的解釋。根據阿伏伽德羅（硅球法復現千克）的方式，我們取一定數量的原子，然后我們可以從基本量子理論得到1個原子的質量，最后我們只需要計算原子數就可以得到1千克了。其他所有的質量也可以如此計算，因為根據1個原子的質量，就可以知道5個、10個原子的質量，所以理論上我們可以復現整個范圍內的量值。

　　米爾頓：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，也將以新的方式影響溫度的測量。我們將可以使用新方法測量溫度，根據新的定義，我們可以將溫度量值直接溯源到SI。此外，許多高分辨率、高準確度的電學測量將被引入SI系統，我們通過電學系統探測到的量子效應，也可以直接溯源到新SI。

　　麥克拉倫：雖然我們過去曾幾度修改了SI單位的定義，但我們目前所做的，有可能將是自國際單位制有史以來最大的修訂。這是測量史上的一件大事。

　　英格里斯：在短期內，普通人不會注意到差異，因為我們仍然會有千克，我們仍然會有米。

　　奎恩：SI的修訂對大多數人來講幾乎沒有任何直接影響。大家不必擔心生活有什么變化。你還會在市場上買到1千克的土豆，沒問題。

　　英格里斯：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。在測量準確度最高的領域，電學量的測量值會發生一定的變化，但這并不是指電力公司，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后會受到影響。這些儀器的校準值將隨新定義發生變化，但是，電學量可能是最早會受到影響的領域。在質量方面，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，以保證2019年新定義正式生效時，普通用戶、產業界人士以及科研人員都不會立即察覺有什么改變，他們的測量量值仍是連續的、穩定的。這些修訂是為了滿足測量對未來長期的需求，所以，如果中國電信或其他用戶問我們有什么變化了，我們可以對他們說，新定義生效后的測量會和今天一樣，但未來可能會有所不同。

　　梅：未來幾年內，全球公眾將會從我們現在開展的工作中感受到切切實實的益處。對于大多數人來說，這種好處不會立即顯現出來，但以后會看到的。我認為SI的這次修訂將被人類歷史所記錄。

　　英格里斯：真正重要的是單位制的長期影響。我們無時不刻都在使用基于國際單位制的測量，例如通信、數據傳輸，這些都需要準確的時間同步，這就需要測量時間等。從短期來看，SI的修訂不會產生影響，但它對國際單位制的長期穩定性有好處，特別是在一些重大領域，比如環境、地球物理變化、地球運動規律、大氣變化等。對于這些領域的觀測，必須要有穩定的參照物，才可以準確地監控和預測未來。

　　烏爾里希：新SI的優點是不變，穩定。然后，我們可以說，修訂SI以前，千克元器掉在地下碎了，宇宙萬物的質量會受到影響。但這種情況在SI修訂以后就不會再出現了，因為一個（物理常數的）數值不會掉在地上。即使你把它丟到地上，它也不會改變，因為它是恒定的。

　　奎恩：修訂SI可以說是200年以來人類進步的新高潮，可以說是一件大事。當法國在大革命期間開始采用米制系統時，它的想法是建立一個不屬于任何一個國家的測量系統，全世界的人都可以使用它，它應該是為全人類所用，在任何時代都有效的。我們認為我們即將能夠做到這一點，因為物理常數不屬于任何一個國家，它們不屬于任何一個地方，它們在全宇宙都存在且相等。

　　烏爾里希：我們不再需要到位于巴黎的國際計量局去復現量值。我們可以在任何地方復現。我們可以在生產線上復現——我們可以直接用溯源到SI的方式，校準生產線上的上千個傳感器。

　　奎恩：再說回到千克。如果你想進行精確的測量，目前你能達到的最準確的測量是基于1千克的質量元器的。如果你想測量1毫克，你必須對1千克進行分解，這樣你會失去準確性。但是，使用基于常量的新定義，你就不會失去準確性。你可以在非常小的級別或非常大的級別進行相同準確度的測量，這可能會對工業產生一些實際影響。

　　烏爾里希：另一個方面是梅博士今天早上所說的，我們可以建立一個更短的、直達SI的溯源鏈。從長遠來看，這對于物聯網、嵌入式系統和微傳感器來說也很重要，它可以被放在任何地方，如比頭發小一百倍的傳感器，也可以根據SI進行自校準。從長遠來看，這可能將促進工業界產生重大創新。對于科學而言，它同樣重要。從宏觀的角度，我們可以通過兩種方法復現千克；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。我們可以第一次使原子和分子的質量溯源到SI，這雖然對工業不是那么重要，但對科學而言卻非常重要。

　　庫納：未來借助新定義，每個人都可以通過基準方式復現1千克，所以，關鍵的問題在于對這些各自復現出的量值進行比較，因為我們希望未來各個國家通過各自的方式獨立復現出的質量量值也是一致的。

　　米爾頓：計量是關于測量的科學，有時我們說它是測量的藝術，因為它非常精妙，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的工作就是為了保證我們今天所測量的數據和明天是一致的，在一個城市的值和在另一個城市的值是一致的。所有不同的測量之間是相互協調的。這是我們努力在做的三件事。我們知道如果我們做好了這些事情，測量就能滿足社會、工業和政府的需求。通過溯源鏈，我們可以將測量結果與全球一致的測量標準聯系起來，這就是計量工作。這項工作不僅適用于實驗室，也適用于市場上的測量、互聯網購物時的測量、電子設備說明書上所涉及的測量。所有這些測量都和計量有關。溯源鏈則可以保證每個用戶得到的數值是正確的。

　　鮑舍爾：我還要補充一點，SI的修訂同時也是一個宣傳計量的好機會，因為有時普通民眾并不能意識到計量與生活息息相關。它可以告訴我們現在的溫度，它可以告訴我們現在的感覺，它可以告訴我們事物的尺寸，它支撐了我們所做的一切。對于SI的修訂也許能讓我們領會到計量的重要價值，對整個科學和社會的基礎支撐作用。

　　烏爾里希：只有通過測量，你才能最終理解它。我們所有的科學都是基于測量以及不同測量公式之間關系的。基于我們目前的認知，科學是建立在測量的基礎上的。

　　梅：嚴謹的測量是科學創新的基礎，是所有被我們習以為常的事物以及所有新發現的基礎，就像智能手機，它之所以存在、之所以被發明，都是因為計量。但是，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。

　　英格里斯：有一個名為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，它匯集了所有數據并為所有基本物理常數制定了推薦值。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，對于這項科學研究而言，國家計量院發揮了關鍵作用。如果沒有他們的工作，SI修訂就不可能發生。中國的國家計量院（中國計量科學研究院）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面，他們做出了非常重要的貢獻。他們測定的玻爾茲曼常數，將成為修訂開爾文定義的基礎。

　　梅：我認為世界各國國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常數定義了這些單位。未來還會有越來越多更巧妙、但更困難的實現方法出現，這將需要全世界的有志者通力合作、一起努力。

　　英格里斯：我們正在努力實現長期穩定性，使得我們能夠對世界面臨的重大挑戰性問題進行可靠的測量和監測。我的意思是，這些挑戰將是全球性的，這個世界上所有人都受到物理變化的影響，我們都受到環境問題的影響，我們都受溫室效應影響等。為了更準確地監控和預測，我們需要非常穩定的參照系。短期內我們不會受益，但從長遠來看，它為我們的未來奠定了基礎。

　　米爾頓：2018年我們關注的重點主要是關于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，測量領域今天所面臨的其他重大挑戰，比如能源測量，如何保障國家間能源交易的可靠；比如食品安全，如何為世界各地的人們提供安全的食物和水，如何保障藥品既有效、價格又合理。所有這些都取決于測量結果，世界各地的測量機構都致力于此，并積極地參與到這些項目中來。我們現在談論的是我們如何來完成這些任務，以及長期性的改善，但我們仍然要關注一些當前全球性挑戰的。

　　梅：我想量子技術肯定有可能提高美國人的生活質量，在許多其他地方也有類似于我們正在進行的大腦領域研究，想要真正了解我們的大腦是如何工作的。我們知道，其中有許多低電平的信號聯結形成了復雜的通路。我們將如何測量這些系統？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，甚至可能不需要植入，只要通過皮膚接觸就能夠測出來。如果我在中國或美國或其他地方對我的大腦進行測試，我們希望能得到相同的結果。這意味著這些量子測量值必須是絕對的，必須是正確的。這是幫助我們理解生命過程的重要工具。對我而言，除了物理、化學計量領域以外，生物領域對計量也提出了巨大挑戰，即我們人類有多么相似？又有多么不同？我們的思維是如何工作的？我認為量子技術可以成為我們回答這些問題的工具。

　　烏爾里希：還有醫療傳感。新的醫療檢測設備，也將對計量產生廣泛需求。目前，我們要對德國的各項血液指標的正確性負責。我們正在監督3000個實驗室，但只是（血液指標中的）二十幾個值。在未來，你需要測量身體的數百個值才能了解自身的健康狀態。我最近剛看過這樣的電影，每天早上當你上廁所的時候可以對自己的各項指標進行測量，看看身體是否健康，狀態怎么樣。這一天終將會到來的，所以這些數據的可靠性非常重要。因為如果你去看醫生，他會根據這些測量結果做出診斷和治療計劃。如果數值不正確，你所接受的治療可能是不正確的。

　　鮑舍爾：物理科學這么多年來一直對生命科學有很大幫助，但我們現在正在達到一個使我們能夠理解單個細胞內發生的事情的精確水平，并可以將計量結果應用于個性化醫療上。

　　烏爾里希：例如，在PTB以及NIST，我們正致力于下一代的5G通信，我們都將為此受益。5G通信的頻率很高，傳輸速率也很高，這對工業界來說是一個巨大的挑戰，但這對于自動駕駛這樣的應用來說很重要，我們必須加快研究速度。

　　鮑舍爾：我想再談談數據管理方面的內容。因為據我了解，在與粒子物理和天文學等相關的工作中，會涉及到龐大的數據量，也許一天要處理的數據就相當于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，如何應用這些數據來支持全球發展，也將是一項重大挑戰。

　　盡管此次SI修訂不會使單位的大小發生變化——1千克還將是原來的1千克，但修訂后的4個基本單位將與秒、米、坎德拉一起，提高SI的整體穩定性和實用性。就像1967年秒定義的修訂使我們在今天擁有了GPS和互聯網技術一樣。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影響。

　　中國計量科學研究院作為中國的國家計量院，始終緊跟國際計量科學前沿，并在SI基本單位復現新理論、新方法等方面持續開展研究。目前，中國計量院已在玻爾茲曼常數、阿伏伽德羅常數等基本物理常數測量，以及量子基準的建立方面取得了系列突破。特別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溫度基本單位開爾文的修訂做出了重要貢獻，為我國在新一輪科技與產業革命中更好地應對科技、產業和民生各大領域的全球性挑戰奠定了基礎。