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国际单位制变革进入过渡期

当时间走过2017年6月30日23时59分59秒, 世界计量学跨入了一个崭新的阶段。如果你从现在才开始测量玻尔兹曼常数或普朗克常数, 那么可能已经为时太晚了。英国国家物理实验室 (NPL) 的温度领域科学家Michael de Podesta, 在他的博客中写道, “从2017年7月1日起, 全世界的研究人员根据基本常数重新定义国际单位制的努力已进入一个新阶段”。

这是什么意思?要搞清楚这个问题, 首先要弄明白什么是测量?测量是一个把你试图测量的东西和测量标准或者组合标准进行比较的过程。所以, 当我们测量速度时, 我们把物体的速度与每秒1米的速度进行比较。

玻尔兹曼常数让我们知道一个气体分子在特定温度下所拥有的能量。

普朗克常数让我们知道一个粒子以稳定的速度行进的量子力学波长。

但实际上, 我们认为普朗克常数这样的量实际上比任何人为标准都要恒定。这就是为什么我们称它们为“常数”!因此, 把“真正常数”的量与必然不完美的人为标准相比较, 似乎有点本末倒置。

在过去几十年的研究中我们逐渐认识到, 转变比较的方向才更有意义。在这个新的测量标准概念中, 我们将把米长和千克质量等建立在这些真正的常数量基础之上。

这就是全世界的计量学家们正在进行的工作, 在过去10年左右, 根据目前国际单位制中所含的单位定义, 他们为对这些常数进行最准确的测量做出了巨大努力。从2017年7月1日起, 我们进入了一个过渡期, 科学家将在这段时间内分析这些结果。由于分析过程十分复杂, 因此在这个过渡期中即使出现更完善的新测量方法, 也不会被采纳。

如果结果令人满意, 国际计量大会 (CGPM) 将予以批准。2019年5月20日起, 世界将切换至一个新的、在自然常数尺度下的测量系统。

此后, 包括玻尔兹曼常数和普朗克常数在内的7个“自然常数”将被赋予固定值。

2019年5月20日之后, 再进行同样实验时, 人们已经知道普朗克常数的值, 我们将建立基于这个值的测量系统。因此, 相同实验的结果将影响对功率天平上物体质量的估算。

那会有什么不同吗?实际上切换成新系统不会带来显著的差别。这就引出了一个问题:“为什么要这么做?”原因是这些单位定义为每个科学分支的测量奠定了基础。就像每一个复杂结构的基础, 无论是建筑物还是单位制都需要不定期的维护。

通常这样的维护工作费时费力, 然而除了确信建筑物的结构不会沉降或破裂外, 没有任何成就可供展示。单位制的变革也是一样。20世纪测量科学的进步是惊人的, 有些关键进步在其出现之前几十年都是不可想象的。

同样, 我们预计, 未来几个世纪中测量科学将以我们无法想象的方式进一步得到完善。通过建立我们所能构想到的最稳定的基础, 以确保用于汇报实验结果的单位制漂移或不一致不会阻碍科学进步。

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