国际单位制的量（国际单位制进入自然常数时代）

2018年第26届国际计量大会通过了关于修订国际单位制的决议。规定国际单位制7个基本单位中的千克、安培、开尔文和摩尔将分别改由普朗克常数、基本电荷常数、玻尔兹曼常数和阿伏伽德罗常数来定义；并于今年的世界计量日5月20日起正式生效。加之此前对时间单位“秒”、长度单位“米”和发光强度单位“坎德拉”的重新定义，至此，国际计量单位制的7个基本单位全部实现由常数定义。

国际单位制的沿革

国际单位制（SI）的起源可以追溯至1875年——17国签署《米制公约》并正式同意推行统一的国际测量体系。初衷是为了支撑国际贸易、商业以及科学交流。

国际单位制（SI）是人类描述和定义世间万物的标尺。规定了7个具有严格定义的基本单位，分别是时间单位“秒”、长度单位“米”、质量单位“千克”、电流单位“安培”、温度单位“开尔文”、物质的量单位“摩尔”和发光强度单位“坎德拉”。它们好比7块彼此独立又相互支撑的“基石”，构成了国际单位制的“地基”。国际单位制规定的其它单位，如力的单位牛顿、电压单位伏特、能量单位焦耳等等，都可以由这7个基本单位组合导出。鉴于实物本身的不稳定性，国际计量界一直致力于建立一个不依赖于实物原器的测量体系。随着量子技术的发展，人类对各种物理量的测量准确度得到了极大的提高。这些常数比实物稳定百万倍，于是科学家们开始探讨采用物理常数来定义国际计量单位。

SI基本单位表

基本单位定义的演变

秒 最初，人们是利用地球自转运动周期为基础来计量时间的，基本单位是平太阳日。将1个平太阳日的1/86 400作为1秒，称为世界时秒。但由于地球的自转运动存在着不规则变化并有长期减慢的趋势，使得世界时秒不能保持恒定。1960年开始采用历书时秒作为时间单位，历书时秒定义为1900年1月1日历书时12时起算的回归年的1/31 556 925.974 7。1967年又以原子秒取代历书时秒。原子秒定义为铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9 192 631 770个周期的持续时间。

米 最初是通过人体的某一部分来加以规定的（例如步、足、腕、手等），优点是人人都有，缺点是彼此的符合程度差，在贸易上很难通用。1791年，法国科学院提出以北极经巴黎到赤道的千万分之一长度，即以地球子午线的四千万分之一来定义米。后由国际计量局(BIPM)制成截面为X形的铂铱合金米原器，以其0℃时两端刻线记号间的距离作为1米。后来米原器相互比较时发现了差异，并且米原器本身再结晶的过程也会使它的长度发生变化。于是1983年第17届国际计量大会将米定义为光在真空中于1/299 792 458秒内所经路径的长度。

千克 1889年第1届国际计量大会规定，千克等于国际千克原器的质量。国际千克原器用90%铂和10%铱的合金制成，为高度和直径均为39毫米的圆柱体，保存在国际计量局，别名“大K”。各国保存的复制品，会定期到国际计量局与“大K”进行校准，但130年之后，复制品的平均水平与“大K”发生了50微克偏差。国际千克原器的质量是否发生了变化，具体变化了多少至今仍是一个谜。于是2018年第26届国际计量大会决定改由普朗克常数h来定义。即当以单位JS表示时，将普朗克常数h的固定数值取为6.626 070 15×10^-34来定义。

安培 1908年国际电学大会定义1秒内从硝酸银溶液中能电解出1.118 00毫克银的恒定电流为1安培，又称国际安培。1946年，国际计量委员会提出定义为：在真空中，截面积可忽略的两根相距1米的平行而无限长的圆直导线内，通以等量恒定电流，导线间相互作用力在1米长度上为2×10⁻⁷牛顿时，则每根导线中的电流为1安培。2018年第26届国际计量大会改为由基本电荷e（固定数值取为1.602 176 634×10 ^-19C）来定义。

开尔文 定义为水三相点热力学温度的1/273.16。即以绝对零度为原点，以水三相点为基本固定点，其间等分内插273.16格，每1格为1开。三相点是指固相、液相和气相之间平衡点。2018年第26届国际计量大会改为由玻尔兹曼常数K（固定数值取为1.380 649×10^-23JK）来定义。

摩尔 摩尔是一系统物质的量，该系统中所包含的基本微粒（如分子、原子、电子等）数与12克¹²C的原子数目相等。现知12克¹²C中含6.022 141 99×10²³个碳原子。2018年第26届国际计量大会改为由阿伏伽德罗常数6.022 140 76×10²³mol-1来定义。

坎德拉 1967年第13届国际计量大会对坎德拉规定为：在101 325牛顿每平方米压力下，处于铂凝固温度(2 045开)的黑体，其1/600 000平方米表面在垂直方向上的发光强度为1坎德拉。随着辐射测量技术的发展，1979年第16届国际计量大会上决定采用现定义：一个光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×10¹²赫的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1/683瓦每球面度。

变革带来的影响

自2019年5月20日起，国际单位的7个基本单位将全部由基本物理常数定义，这将彻底改变过去依靠实物基准逐级传递的计量模式，大幅缩短量值传递链。开启了任意时刻、任意地点、任意主体根据定义实现单位量值的大门，未来对经济、科技与民生等都将产生深刻的影响。

什么不会变

“千克的定义变化了，我们的体重会变重吗？买菜会变贵吗？不会，你买一斤菜还是一斤菜。”对大多数人来说，国际单位制是“不变”的。除电学单位外，新定义下各个单位大小和旧定义几乎完全一致。事实上，电学单位的改变也微乎其微，电压单位的变化约为正千万分之一，电阻单位的变化则更小。但这只会影响对测量不确定度要求最高的顶尖计量机构和校准实验室，对于普通用户、产业界人士和多数科研人员来说，新定义不会对他们造成影响，他们的测量结果仍将是连续的。这看上去似乎理所当然，但实际上却是全球测量科学家数十年潜心研究和通力合作的结果——所有用于基本单位重新定义的“常数”都经过了精确测量与严格验证，从而保障了新单位的大小“不变”。