一、第20届世界计量日主题：“国际单位制（SI）——根本性飞跃”   

    1875年5月20日，17个国家在法国巴黎签署了“米制公约”，这是一项在全球范围内采用国际单位制和保证测量结果一致的政府间协议。100多年来，国际米制公约组织对保证国际计量标准的统一、促进国际贸易和加速科技发展发挥了巨大作用。1999年，第21届国际计量大会把每年的5月20日确定为“世界计量日”。今年是第20个世界计量日，今年的主题是“国际单位制——根本性飞跃”，这是基于2018年第26届国际计量大会经各个成员国表决，通过了关于“修订国际单位制”的决议。根据决议，国际单位制基本单位中的4个——千克、安培、开尔文、摩尔分别改由普朗克常数、基本电荷常数、玻尔兹曼常数、阿佛加德罗常数定义。决议将于2019年5月20日起正式生效。这是国际单位制自1960年创建以来最为重大的一次变革。

    用基本常数作为我们认识和定义质量、时间等自然界基本概念的基础，意味着我们在深化科学认知、推动技术进步、解决许多社会重大挑战方面的基础更加坚实了。国际计量局局长马丁·米尔顿表示，“这好比你给房子换了一个更坚固的地基，从表面上是不可能看到任何变化的，但它可能已经发生了实质性的变化，使房子变得更耐久了”。

    二、国际单位制变革的重大意义

    首先，新定义用自然界恒定不变的“常数”替代了实物原器，保障了国际单位制的长期稳定性。

    以千克的现行定义为例，国际计量局保存着国际千克原器（IPK）的质量。千克原器服役近130年来，它的质量与各国保存的质量基准、国际计量局官方作证基准的一致性出现了约50微克的偏差，但它的质量是否发生了变化，具体变化了多少至今仍是一个谜。用基本物理常数h重新定义千克后，质量单位将更加稳定，我们不必担心国际千克原器质量漂移可能给全球质量量值统一带来的问题。

    测量基础的长期稳定，对于人类面临的重大挑战，特别是环境与气候变化、地球运动监测等非常重要。我们必须有一个能在很长时间内保持稳定的参考标准，才能获得可靠的测量数据——而可靠的数据一直是科学研究和政府决策的根基。

    第二，“定义常数”不受时空和人为因素的限制，保障了国际单位制的客观通用性。

    最早的千克是用1个标准大气压下1立方分米纯水在4摄氏度时的质量定义的，这实际上受到了温度、气压、水和容器等环境因素和测量过程的限制，为此人们在19世纪末采用最先进的材料和工艺打造了国际千克原器。但国际千克原器有且只有一个，无论它的质量是否发生漂移，各国计量院仍须以它为准，定期到位于法国的国际计量局校准自己的千克原器。新定义生效后，理论上任何地方的任何人，都可以根据定义复现1千克，今天在北京复现的量值，和我们的子孙后代未来在火星上复现的量值将是一致的。这意味着全球量值统一有了更广阔而便捷的途径：芯片级的传感器将可以在工业产品流水线上实现对国际单位制的溯源，物联网各个终端采集的数据由此可以实现可比——无时无处不在的最佳测量，将推动计量管理模式的改革创新，释放计量量子化变革效能，有助于提高智能制造、物联网等新技术产业的质量水平。

    第三，新定义可在任意范围复现，保障了国际单位制的全范围准确性。

    修订前的开尔文定义仅仅建立在水三相点一个固定点上，要测量比它更高或更低的温度，需要根据其他的固定点来延伸温标。而未来我们仅通过玻尔兹曼常数，就可以根据热力学温度与能量的关系，在整个温标范围实现同样准确的温度测量。千克也是这样。以前最准确的千克只有1千克一种，要对一个大于1千克的物体称重，需要将1千克进行重复累加；反之则需要将1千克进行分割，其过程都会给量值的准确性带来损失。新的定义则不受此限制。

    得益于更高的测量准确度，我们将可以测量极高、极低温度的微小变化，从而更加准确地监测核反应堆内、航天器表面的温度变化；在生物医药领域，我们可以准确测量单个细胞内某种物质的含量，并根据病人的实际需要，制定更加精确的药物剂量。

    第四，新定义不受复现方法限制，保障了国际单位制的未来适用性。

    在新的国际单位制中，测量的两个重要概念，即单位定义和测量（或复现）方法是分离的。换言之，1米有多长和用尺子量还是用激光测无关。新定义生效后，千克可以通过任何适当的方法复现，比如基布尔天平法和X射线晶体密度法——这两种方法是目前世界上测量准确度最高的复现方法，但即使未来有更好的实验方案出现，单位的定义也不会因此受到影响。

    这将引发仪器仪表产业的颠覆性创新。集多参量、高准确度传感器为一体的综合测量，不受环境干扰无需送检的实时测量，众多物理量、化学量和生物量的极限测量等也成为了可能。

    三、国际单位制变革带来的影响

    据了解，“秒”是第一个实现由常数定义的单位。“千克”是最后一个实现常数定义的单位，它将由量子力学里计算光子能量的普朗克常数来定义。中国计量科学研究院院长方向解释，物理定律是放之宇宙而皆准的，用自然界恒定不变的“常数”替代实物基准来重新定义国际单位制，保障了其长期稳定性，不受时空和人为因素的限制。

    国家市场监管总局计量司司长谢军表示，重新定义后的国际单位制将实现量值传递溯源链路扁平化，使量值溯源链条更短、速度更快、测量结果更准更稳。比如，可通过嵌入芯片级量子计量基准，把最高测量精度直接赋予制造设备并保持长期稳定，从而实现对产品制造全过程的更准确稳定地感知和最佳控制，有力支撑流程再造、节能减排和质量提升等。这将为当前世界范围内正在进行的新一轮以信息技术、大数据和人工智能为特征的科技革命，插上飞翔的“翅膀”。

    国际单位制新定义生效不会直接造成大的改变，但从专业角度观察，将改变国际计量体系和现有计量格局。我国将努力抓住和用好变革带来的历史性机遇，从国家战略的高度出发，统筹规划、整体布局，加强面向国家战略需求的计量基础研究、前沿性研究，加速推进国家计量基标准质量提升工程，研制以量子传感为基础的量子计量标准，重塑量传溯源体系，改革计量管理模式。

    当然，对生活的改变也是有的，比如教科书的重新编写和知识体系的更新。方向说：“这次国际单位制变革是颠覆性的，需要重构物理、化学相关科学知识体系，及时修订物理、化学教科书和科普读物，确保准确无误的最新科学知识传输到课堂。”