一秒有多久？一米有多長？一千克有多重？……這些問題你真的知道答案嗎？

1952年，全球第一台原子鐘橫空出世。

1967年，國際計量大會通過了新的國際秒定義，原子秒取代了天文秒，標誌著原子時的誕生，宣告著一個以量子定義時間的新時代正式到來。

原子時誕生50年來，不僅時間頻率的測量準確度躍升1000萬倍，成為目前測得最準的物理量。更為重要的是，它打開了國際單位制（SI）量子化的大門，標誌著計量「從實物到量子」時代的邁進。

一度有多少？一千克有多重？……2018年答案又將有重大變化。第26屆國際計量大會將審訂新的SI修訂案，千克（kg）、開爾文（K）、摩爾（mol）、安培（A）4個基本單位將被重新定義，實現「從實物到量子」的變革，SI單位量子化的大門全面打開。

8月31日，由中國計量科學研究院主辦的「從實物到量子——原子時誕生50周年」學術報告會在北京國家會議中心舉行。

報告會從秒定義的變遷、單位制的變革、量子化發展與應用以及我國應對單位制變革的戰略和計劃等方面，詮釋計量從實物走向原子的演變過程和未來發展應用趨勢，面臨的機遇和挑戰，為我國科學制定應對國際單位制變革的發展戰略提供有益的參考。

下面由小編向大家進行一一介紹~

什麼是原子時？

人們對自然界的認識一直與自然現象緊密相關，時間也不例外。在農耕時代，漏壺、圭表、日晷等都是當時最為典型的計時器具，人類觀測天文，把地球自轉一周稱為一天，把一天等分的86400之一份稱為1秒，這就有了天文秒，也叫天文時。人類進一步發現地球自轉和公轉周期不是恆定不變的，而是時快時慢，從而造成了「一天」的長度不同，「一秒」的長度不同。

日晷

原子鐘

1952年，全球第一台原子鐘在英國面世。其後，更多先進的原子鐘在美、法等國問世。鑒於原子鐘卓越的準確度和穩定性，1967年第13屆國際計量大會（CGPM）重新定義了「秒」——用銫133Cs原子基態兩個超精細能級間的躍遷頻率替代了原有基於地球公轉和自轉的秒。這標誌著原子時的誕生，宣告著一個以量子定義時間的新時代正式到來。從此, 原子時取代了天文時, 人類測量時間不再依靠觀星星測太陽了，實驗室型銫原子基準鍾成為復現秒定義的手段。今天，全球最好的銫原子噴泉鐘不確定度已經達到了10-16量級，比地球運動的穩定性高8個數量級，相當於幾億年不差一秒。

秒是基本單位中準確度最高、應用最廣、最適於遠程傳遞的一個。長度單位米、電壓單位伏特，已近實現了以時間頻率定義，如果將其他物理量轉化成時間頻率測量，則有望大幅提高測量準確度！

為什麼要進行國際單位制重新變革？

國際單位制（SI）是全球統一的計量單位制，是構成國際計量體系的基石。國際單位制的核心是7個基本單位，即時間單位「秒」、長度單位「米」、質量單位「千克」、熱力學溫度「開爾文」、電流單位「安培」、發光強度單位「坎德拉」和物質的量單位「摩爾」。

SI單位是全球測量基礎，由於測量在科學、技術和我們的日常生活中無處不在，因此這些測量基礎十分重要。

現行的國際單位制下，許多測量都源自實物原器，比如米尺、砝碼等。國際千克原器是目前僅存的定義質量單位「千克」的實物原器。實物原器可能會發生變化，被損傷或毀壞。

國際千克原器

20世紀80年代開始，量子力學的發展催生了國際單位制又一次重大變革，國際計量界決定對國際單位制基本單位將予重新定義。

2018年，國際計量單位制將重新定義，計量技術體系也將經歷歷史性變革，世界測量技術規則將予重構，國際計量變革的意義重大。將國際單位制的7個基本單位與宇宙中恆定不變的量或基本物理常數聯繫起來，以量子物理為基礎的自然基準取代實物基準，這樣就不會受到空間和時間改變的影響，同時測量準確度等技術指標得以大幅度提高，帶動大部分量的測量準確度得到提高，進而對科技的進步和經濟社會的發展產生重大促進。

量子化有哪些發展與應用？

作為國際計量單位制的基礎、核心和關鍵，時間頻率基準已率先完成量子化變革，其定義從「天文時」轉變為基於原子能級躍遷的「原子時」，測量精度迅速提升了1000萬倍以上。正是基於時間定義的量子化變革，保證了神舟和天宮的順利對接，實現了北斗導航系統的米級定位，成就了數萬億美元的衛星導航定位產品與服務市場。

時間定義的變革還將快速催生長度、電學、溫度、質量等單位的重新定義。例如，長度單位「米」不再是傳統米尺，而定義為激光在真空中三億分之一秒所走距離，由此使長度測量進入了原子級別。伴隨測量精度大幅提升，一大批革命性的新技術由此誕生，帶來產業的跨越式發展。如精準測量支撐了納米技術和石墨烯的應用、提升了先進位造中航空發動機的精度、推動了精準醫療產業的發展、決定了核潛艇偵測和隱身技術的競爭成敗等。

石墨烯

當下，高精度的時間頻率正廣泛應用到人類生產生活的各個領域，如衛星導航、通訊、電力、交通、金融等。正是因為有了「原子時」的保駕護航，中國電網運行時間同步水平達到1 μs；採用5G技術的通信基站之間的時間同步水平達到100ns，甚至有望達到幾十ns，從而使得一部電影的下載從幾天縮短到幾十秒、幾秒。正是因為有了準確可靠的時間頻率體系保障，金融市場時間同步和安全問題才迎刃而解，並日益精準。與此同時，網約車、共享單車、無人駕駛汽車等互聯網經濟模式，也越來越多的融入時間頻率計量的要素，發揮著時間「方向盤」和「導航儀」的精準作用。特別是在衛星導航領域，時間準確性的作用越來越突顯，並促進了航空、航天等軍事國防裝備的現代化水平的提升，使得人類探索未知星空和保衛和平的夢想不再遙遠。

我國應對單位制變革的戰略和計劃是什麼？

與國際單位制有關的基礎前沿研究一直是我國的國際計量院——中國計量院科研工作的一個重點。該院從上世紀80年代起陸續啟動了電學量子基準、銫原子噴泉鍾、光鍾等的研究；2005年以來開展旨在應對SI重新定義的部分基本物理常數精密測量的研究工作。目前已在多個領域實現重大創新和突破，為我國實質性參與國際基本單位的重新定義做出重大貢獻。如，在時間領域，目前我國的國家秒長基準裝置是中國計量科學研究院研製的NIM5銫噴泉鍾，其準確度相當於2000萬年不差1秒；該院正在研製NIM6, 預計2018年完成,屆時準確度也會達到6000萬年不差一秒。基於新的原理的光鍾，比銫原子鐘具有更好的穩定度和準確度潛力，2015年9月，中國計量院研製的鍶原子光晶格鍾準確度相當於1.38億年不差一秒。

目前玻爾茲曼常數和普朗克常數的最新測量結果已被CODATA所採用。在溫度領域的波爾茲曼常數測量方面，目前國際上只有中國計量院和美國NIST能夠做到同時採用兩種不同方法獲得高水平的玻爾茲曼常數測量結果並相互印證，為溫度單位「開爾文」重新定義做出中國貢獻。

（圖片均來自網路）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！