《質(zhì)檢科技創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》對未來5年質(zhì)檢科技創(chuàng)新做了系統(tǒng)謀劃和前瞻布局,其中“大力提升參與國際競爭的技術(shù)能力”任務(wù)中明確部署了“提升計(jì)量科技國際競爭力”專欄。國際單位制的重大技術(shù)變革是計(jì)量科技提升國際競爭力的重要機(jī)遇與挑戰(zhàn),是國家質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)升級換代與快速發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力,將對各國的經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)等各方面產(chǎn)生深刻影響。
國際單位制(SI)是全球統(tǒng)一的計(jì)量單位制,是構(gòu)成國際計(jì)量體系的基石,目前的國際單位制中,有時(shí)間、長度、質(zhì)量、電流、溫度、光度和物質(zhì)的量7個(gè)最基本的計(jì)量基準(zhǔn)。特別是1875年第一次國際計(jì)量大會(huì)后,各國開始建立世界統(tǒng)一的、以經(jīng)典物理學(xué)為基礎(chǔ)、以實(shí)物為基準(zhǔn)的國際單位制及準(zhǔn)確的計(jì)量基準(zhǔn),為統(tǒng)一全世界的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)起了很好的作用。
但是,20世紀(jì)以來量子科學(xué)的飛速發(fā)展,提供了可以建立更準(zhǔn)確的計(jì)量基準(zhǔn)的手段。例如人們發(fā)現(xiàn)一些原子在能級變化時(shí)發(fā)出的光譜譜線,其頻率的穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原來用地球運(yùn)動(dòng)定義的頻率穩(wěn)定度,最穩(wěn)定的原子譜線可以達(dá)到10-18量級甚至更高的穩(wěn)定度。如用這樣的譜線頻率來定義時(shí)間單位的計(jì)量基準(zhǔn),其穩(wěn)定度比原來用地球運(yùn)動(dòng)定義的時(shí)間計(jì)量基準(zhǔn)高出了十來個(gè)數(shù)量級。所以國際計(jì)量大會(huì)在1968年已通過改用銫原子同位素能級變化時(shí)的一根譜線的頻率來定義時(shí)間的國際計(jì)量基準(zhǔn)“秒”,使得時(shí)間計(jì)量基準(zhǔn)的穩(wěn)定性大幅度提高。另一方面,許多基本物理常數(shù)在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出是不變的。
所以用基本物理常數(shù)來定義計(jì)量基準(zhǔn)也可達(dá)到極高的穩(wěn)定性。作為典型的例子,光在真空中的傳播速度c就是一個(gè)大家熟知的基本物理常數(shù)。許多實(shí)驗(yàn)及天文觀察證實(shí),真空中的光速是不變的。所以長度的計(jì)量基準(zhǔn)“米”的定義也改為(1/299792458)秒中光在真空中的傳播距離。這樣定義的長度計(jì)量基準(zhǔn)原則上可以達(dá)到與時(shí)間基準(zhǔn)相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定度。20世紀(jì)60到80年代發(fā)現(xiàn)的“約瑟夫森效應(yīng)”和“量子化霍爾效應(yīng)”(兩種新效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者均獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))則給了我們定義電流的計(jì)量量子基準(zhǔn)的手段,也可以達(dá)到10-10量級或更高的穩(wěn)定度。在溫度、光度、質(zhì)量、物質(zhì)量方面,各國也都在努力建立穩(wěn)定性極高的新型計(jì)量基準(zhǔn)。