| 從計量的發(fā)展歷程來看，測量準(zhǔn)確性的提高，與人們對自然界的觀察、認(rèn)識以及自然科學(xué)和生產(chǎn)力的發(fā)展有著緊密的聯(lián)系。尤其在生產(chǎn)方式的變革之中，當(dāng)人們期待用一種新的生產(chǎn)技術(shù)取代傳統(tǒng)技術(shù)時，對測量方法和測量的準(zhǔn)確性就會提出新的、更高的要求，這就促使一些學(xué)者、發(fā)明家或工程人員去探索和改進測量的技術(shù)、手段和方法。
第一次工業(yè)革命的爆發(fā)，不僅使生產(chǎn)力以及財富創(chuàng)造力都較農(nóng)耕文明時代有了成千上萬倍的增長，也成為科技進步和知識爆炸的導(dǎo)火索。在19 世紀(jì)的中后期，物理學(xué)領(lǐng)域取得了一個重要的科學(xué)成就，這就是英國科學(xué)家麥克斯韋創(chuàng)建的電磁學(xué)理論體系。這個理論以測量試驗為基礎(chǔ)，為人類深入物質(zhì)內(nèi)部觀察并探索物質(zhì)的微觀世界提供了全新的方法和手段，也為人類運用電能提供了理論和實踐的依據(jù)。在電磁理論和技術(shù)發(fā)展的推動下，新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)及理論也井噴式地爆發(fā)和涌現(xiàn)出來，最重要的突破是20 世紀(jì)初期科學(xué)家普朗克提出的量子論和愛因斯坦提出的相對論。這兩個全新的觀點在相繼被科學(xué)實驗證明后，終于讓人類的視野和觸角伸向了廣袤的宇宙，進入了物質(zhì)的微觀世界，并且隨即引發(fā)了化學(xué)、生命科學(xué)、板塊理論以及宇宙大爆炸模型等一系列科學(xué)與技術(shù)的相繼突破。量子論和相對論是繼牛頓經(jīng)典物理學(xué)形成后的又一次物理學(xué)革命，也成為近現(xiàn)代物理學(xué)的重要支柱，是20世紀(jì)以來人類在自然科學(xué)領(lǐng)域取得的偉大成就，為當(dāng)代自然科學(xué)研究奠定了重要的基礎(chǔ)。
量子力學(xué)理論誕生后，計量學(xué)也隨之發(fā)生了革命性的變化�？茖W(xué)家們開始探索以物質(zhì)內(nèi)部的運動規(guī)律來定義基本物理量單位的可能性。在《米制公約》時代建立的長度單位“米”的實物基準(zhǔn)，其測量的準(zhǔn)確性是0.1微米。到了20 世紀(jì)50 年代，隨著同位素光譜光源的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了寬度很窄的氪-86同位素譜線，再加上干涉技術(shù)的成功應(yīng)用，人們終于找到了一種可以取代實物基準(zhǔn)且不易毀壞的新標(biāo)準(zhǔn)，即通過光波的波長來定義長度單位“米”。1960 年，科學(xué)界研制出第一個依據(jù)量子理論建立，并被正式確立為長度單位的新基準(zhǔn)，后在國際計量大會上重新定義了“米”。新的“米”量子基準(zhǔn)不僅準(zhǔn)確性較先前的實物基準(zhǔn)提高了3~4個數(shù)量級，而且十分穩(wěn)定。隨后，在1967年，此前以特定歷元下地球的公轉(zhuǎn)周期定義的時間單位“秒”，也被新的量子時間頻率基準(zhǔn)所取代。相對于用地球公轉(zhuǎn)周期來定義時間“秒”，量子基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度達到了十分驚人的程度，從原先30年誤差1秒，一下子提高到了幾千萬年誤差不到1 秒的新高度。按照1955 年簽訂的《國際法制計量組織公約》，1960 年舉行的第11 屆國際計量大會正式通過了建立國際單位制的決議，標(biāo)志著世界各國計量制度走向全面統(tǒng)一時代的到來。計量單位制和計量基準(zhǔn)的革命性變化，給全人類帶來的影響和作用都極其深遠。
計量的發(fā)展，不僅有力推動了社會測量準(zhǔn)確性的顯著提高，還促進了激光、X 射線干涉儀、掃描隧道顯微鏡等一系列科學(xué)儀器的發(fā)明和應(yīng)用，帶來了約瑟夫森效應(yīng)、量子化霍爾效應(yīng)、單電子隧道效應(yīng)等一系列重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，催生出核能、半導(dǎo)體、激光、超導(dǎo)、納米、基因等一系列新技術(shù)，成為創(chuàng)造和培育新技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要驅(qū)動力。
進入21 世紀(jì)以后，隨著計算機、互聯(lián)網(wǎng)、智能技術(shù)與傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，計量技術(shù)和方法也面臨著新的進步和發(fā)展。參量之間互相滲透，測量方法與設(shè)備的光、機、電結(jié)合以及數(shù)字測量逐漸取代模擬測量，正成為現(xiàn)代計量科技創(chuàng)新和進步的主要方向和內(nèi)容。與此同時，量子基準(zhǔn)的研究也在不斷向縱深挺進。近年來，科學(xué)界新研制的“光晶格鐘”，其準(zhǔn)確度可達到10-18量級，較現(xiàn)今的銫原子時間頻率基準(zhǔn)又提高了幾個數(shù)量級。時間頻率由精準(zhǔn)到超精準(zhǔn)，為長度、電學(xué)以及質(zhì)量等基本單位利用超高準(zhǔn)確度頻率導(dǎo)出新定義提供了可行的路徑，由此叩開了用基本物理常數(shù)定義基本物理量的大門。
新國際單位制
科學(xué)界認(rèn)為，量子基準(zhǔn)雖然能實現(xiàn)很高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，但是，要想復(fù)制相同準(zhǔn)確度的基準(zhǔn)卻十分困難。因此，從20 世紀(jì)中期起，科學(xué)界又開始了新的探索，期待通過物理學(xué)領(lǐng)域的普適性常數(shù)來定義計量單位。從20 世紀(jì)60 年代到80 年代，這項探索在電磁計量的電壓和電阻兩個領(lǐng)域的實踐中相繼獲得成功。從20 世紀(jì)60年代至今，在7 個基本物理量中，除了質(zhì)量基本物理量依然保持實物基準(zhǔn)以外，電學(xué)、熱力學(xué)、光學(xué)、化學(xué)等其余6 個基本物理量單位都建立了量子基準(zhǔn)。經(jīng)過世界各國科學(xué)家半個多世紀(jì)的努力，在質(zhì)量基準(zhǔn)重新定義方面已經(jīng)建立了多個解決的方案，相信質(zhì)量千克原器完成歷史使命、進入檔案館的日子也已為期不遠。 |
