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計量基標準的發展

作者:宋檢 時間:2022-11-08 來源:互聯網

我國對于計量工作一直非常重視。兩千多年前秦始皇并兼六國以后,就進行了統一度量衡的工作。之后歷代也均有管理度量衡的政府部門和相應的措施。近百年來,由于現代工業未得到及時發展, 計量工作日見落后。新中國成立以后,情況明顯改觀。特別是改革開放以來,為適應科研和工業的飛速發展, 計量工作正在日益趕上國際發展的步伐。

國外的計量工作也經歷了幾個發展階段。在工業革命以前,計量工作主要是適應農業生產和貿易的需要,對計量準確度的要求不高,各國的計量基標準比較零亂。

17世紀工業革命以后,生產向大規模發展, 許多零件的生產地點與裝配地點分離, 要求零件有更好的一致性和互換性, 農業社會發展起來的計量體系嚴重滯后。從19世紀中葉開始一種全新的計量體系應運而生, 而且得到了各國的響應。1875年,米制公約正式誕生。參加該公約的國家共同發展一種新的計量體系,即“國際單位制(SI)”。其中規定了用地球的子午線長度來導出長度單位, 即一米等于地球子午線的四千萬分之一, 地球自轉一周的1/86400為一秒。質量單位一千克等于攝氏四度時一立方分米水的質量。這些規定的特點是用自然界的事物和現象來定義計量單位, 減少了人為因素。為了便于量值的復現和比對又做了一些實物量具來復現計量單位。實踐證明這種做法行之有效,各國的長度和質量標準的準確度得到大幅提高。長度單位的準確度達到10-7 量級, 質量單位的準確度達到10-9 量級, 支持了各國科研和工業發展的需要。

隨著時代的進步, 科研和工業發展對計量單位準確度的需求越來越高,上述實物基準的缺點逐步暴露。實物基準用了當時工業界所能提供的*好的材料及工藝制成,以保證其穩定性。但也正因為實物基準是一種實物,總會有一些不可避免的物理或化學的因素使其量值不斷產生微小的變化。這已經不能適應現代科學的精密需要。同時,*高基準只有一個,安全性也是一個問題。萬一出現某種事故,其保存的量值就會中斷,難以再次準確復現。另一方面,各國的國家標準都要送到巴黎比對,回國后再向地方標準傳遞量值,整個量值傳遞的體系十分繁復,對于現代科研和工業也不適應。針對這些問題從20世紀下半葉開始,各國都在努力研制新型量子計量基準。

量子計量基準基于量子物理學中闡明的微觀粒子的運動規律,特別是微觀粒子的態和能級的概念。用量子現象復現量值的計量基準統稱為量子計量基準。其有著下述明顯優點:

(1)量子計量基準利用了現代量子物理的成就,準確度一般比實物計量基準高幾個數量級。

(2)量子計量基準是一種物理實驗裝置,可以多處建立,不存在一旦損壞不能準確復現的問題。

(3)按照相同原理建立的量子計量基準所復現的量值也相同,避免了計量基準的量值多次逐級傳遞而造成的問題。

因此,量子計量基準一出現就得到了廣泛的關注,發展迅速。在具體應用方面,效果也很明顯。

針對這種情況,國際計量委員會已明確號召各國的計量科學家用各種各樣的方案來攻克量子質量基準這一難關。2005年10月,國際計量委員會作出如下決議:

1.原則上批準關于準備用基本物理常數重新定義基本單位的建議。

2.請有關各方面在2007年6月前向國際計量委員會提交準備用基本物理常數重新定義SI基本單位的具體建議。

3.密切關注有關新定義的實驗結果,特別是那些用不同新方法進行的實驗。

4.建議各國家計量實驗室進行與新定義有關的基本物理常數的測量工作以及有關實物基準的穩定性考查工作,為新定義的實施作準備。

此項決議說明,用固定基本物理常數數值重新定義基本單位的建議已得到國際上的認同。

除了在量子計量基準方面的努力,進入21世紀以來,計量工作在環境保護、生命科學服務方面也邁出了巨大的步伐。

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