測量在科學(xué)、技術(shù)和日常生活中無處不在。國際單位制（SI）是測量中通用的語言，是人類共同努力的結(jié)果和全球普適的方法，是世界計量體系的根基。如同高樓大廈的地基一樣，測量的基礎(chǔ)堅實與否，將直接影響宏偉的測量“大廈”的穩(wěn)定與發(fā)展。SI的產(chǎn)生和發(fā)展極大增強(qiáng)了人類社會進(jìn)步的信心。

建立在7個基本單位，即秒（s）、米（m）、千克（kg）、安培（A）、開爾文（K）、摩爾（mol）和坎德拉（cd）之上的SI正面臨著重要的變革。2018年11月13日至16日，第26屆國際計量大會（CGPM）將在法國凡爾賽舉行，會上有可能通過對千克（kg）、安培（A）、開爾文（K）、摩爾（mol）4個基本單位的重新定義，新的SI預(yù)計將于2019年5月20日起正式實施。為了這一目標(biāo)，國際計量組織和各國國家計量院開展了有效的合作，歷經(jīng)長期艱苦的努力。2011和2014年的國際計量大會分別通過了以基本常數(shù)來定義SI基本單位的決議。2017年10月第106屆國際計量委員會（CIPM）會議上，委員們一致認(rèn)為，全面實現(xiàn)SI量子化重新定義的條件已經(jīng)基本具備，并決定向第26屆CGPM提交決議草案，4個基本單位的重新定義工作進(jìn)入倒計時。具體而言，在重新修訂的SI中，千克（kg）、安培（A）、開爾文（K）和摩爾（mol）這4個基本單位將全部采用基本物理常數(shù)來定義，分別以普朗克常數(shù)（h）、基本電荷（e）、玻爾茲曼常數(shù)（k）和阿伏伽德羅常數(shù)（NA）的固定數(shù)值來實現(xiàn)新的定義。此外，全部7個基本單位的定義還將統(tǒng)一采用常數(shù)公式的方式來表述，并分別制定mises en pratique來解釋每一個基本單位定義的實際復(fù)現(xiàn)方法。這一變革將使人類拋棄目前唯一僅存的用于定義千克（kg）的實物量具——國際千克原器，標(biāo)志著整個SI進(jìn)入更簡潔、更基礎(chǔ)的常數(shù)定義時代。

SI是測量的基石，須經(jīng)久穩(wěn)定。很多領(lǐng)域的測量都始于實物原器，例如米尺，目前僅有國際千克原器仍用于定義SI單位。擺脫對實物原器的依賴，代之以更基礎(chǔ)、更穩(wěn)定的體系，這是人類200多年來的愿望。2018年即將進(jìn)行的SI重新定義，將實現(xiàn)這一目標(biāo)。

測量涉及兩個重要的方面，一是單位的定義（例如厘米），二是實際的測量方法（例如尺子）。如果可以將這兩個概念分開來，就能夠保持單位定義的穩(wěn)定而不斷地改進(jìn)復(fù)現(xiàn)的過程，從而不會給單位制本身帶來重大的影響。在此，基于基本物理常數(shù)的單位定義將發(fā)揮關(guān)鍵作用。由于基本物理常數(shù)的數(shù)值恒定不變，基于常數(shù)的單位定義就將保持穩(wěn)定，但隨著科技的進(jìn)步，用來復(fù)現(xiàn)單位的程序?qū)⒉粩嗟靡愿倪M(jìn)和發(fā)展。例如，安培（A）的新定義將基于電子的基本電荷，這是自然界中的一個基本常數(shù)。安培定義的復(fù)現(xiàn)過程可以是數(shù)通過導(dǎo)線的電子的個數(shù)，而每一個電子的帶電量都精確地相同，均為基本電荷。因此，隨著電子計數(shù)能力的提高，復(fù)現(xiàn)安培定義的計量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度將不斷得以提升，而定義本身不會產(chǎn)生任何變化。

利用自然界中不變的常數(shù)來定義測量單位，將有望實現(xiàn)從極小量到極大量全范圍的準(zhǔn)確測量。在諸如質(zhì)量和溫度等領(lǐng)域，原子（或量子）尺度的測量將與宏觀層面的測量直接關(guān)聯(lián)起來，而過去這種關(guān)聯(lián)只能通過間接的方法來實現(xiàn)，準(zhǔn)確度也更低。這是SI變革帶來的重要影響之一。

重新定義SI的目標(biāo)是使我們的系統(tǒng)永不過時。SI單位是我們所測量的各個量的基礎(chǔ)，我們希望能夠確保這些基礎(chǔ)在未來永不坍塌。通常，系統(tǒng)在承受無法預(yù)見的壓力時可能發(fā)生坍塌。對測量系統(tǒng)來說，壓力來自于越來越高的準(zhǔn)確度需求，或者是對單位初始定義時從未考慮過的極限值的測量要求。國際計量界已經(jīng)對SI的重新定義開展了歷時幾十年的密集研究，通過大量實驗來驗證基本物理常數(shù)與測量體系之間的關(guān)系。試想一下，承受著現(xiàn)代交通壓力的橋梁，在建造之時從未預(yù)見到如此繁重的負(fù)荷。當(dāng)你在稱量大于1千克的物體時，你可以不斷地增加千克砝碼，由于這種操作的復(fù)現(xiàn)性保證，你可以不斷地擴(kuò)大量程。而當(dāng)你稱量小于1千克的物體時，你就需要劃分千克砝碼。當(dāng)其越分越小時，你將越來越難以保證這種操作的準(zhǔn)確性。想象一下，將一個巧克力棒分成20份，然后繼續(xù)分下去直至2000份，你很容易理解其中的問題。目前的實際情況是，工業(yè)界對于微克甚至是納克的測量已然非常感興趣，例如在醫(yī)藥行業(yè)，微小量的稱量對于保證藥物精確含量起著關(guān)鍵的作用。因此，我們的目標(biāo)是保證整個稱量范圍中測量準(zhǔn)確度都保持在相同的水平。在溫度測量中，采用當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行極限值測量所帶來的困難更大。當(dāng)前溫度的定義是基于水三相點的特定值，即水三相點熱力學(xué)溫度被定義為1/273.16 K。當(dāng)在與水三相點很不同的溫度點進(jìn)行測量時（想像一下，金屬加工的溫度通常大于1500 °C），要精確地確定這一點究竟比處在三相點的水熱多少，是非常非常困難的。為了建立全球范圍可靠的溫度測量，目前的做法是采用多種不同方法的“配方書”來與水三相點進(jìn)行比較。但在重新定義開爾文（K）之后，溫度測量將不再需要與水三相點關(guān)聯(lián)起來，用戶可以根據(jù)不同的測量需求，采用任何適用的基準(zhǔn)測量方法。雖然眼下重新定義還不會帶來太大的改變，但它打開了未來眾多可能的技術(shù)改進(jìn)的大門。作為測量基石的守護(hù)者，我們應(yīng)確保測量永不過時，確保對未來幾十年的信心。

SI變革將標(biāo)志著人類向前邁出重要的歷史性的一步。正如米（m）和秒（s）的量子化定義使GPS導(dǎo)航成為可能，此次SI重新定義帶來的更多、更準(zhǔn)確的測量能力，勢必會引發(fā)很多新技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展?；仡欉^去100年的發(fā)展歷程，我們對未來更加充滿信心。當(dāng)原子鐘問世使時間測量變得更加準(zhǔn)確時，計算機(jī)行業(yè)尚處在襁褓之中，數(shù)字革命未見蹤影。毫無疑問，高準(zhǔn)確的計時是整個計算機(jī)行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，沒有它，互聯(lián)網(wǎng)、移動電話和其他技術(shù)將無從談起。迄今為止，包括GPS在內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確度仍受限于我們向其時間標(biāo)準(zhǔn)傳遞量值的能力，有待于世界范圍計量工作者們共同努力以進(jìn)一步提升其水平。準(zhǔn)確的溫度測量將使得我們可以更準(zhǔn)確地識別和可靠地測量相當(dāng)長時間內(nèi)發(fā)生的非常微小的溫度變化，這一點在氣候變化研究和預(yù)測中具有非常迫切的需求。提高非常微小的質(zhì)量的測量能力將有效支撐制藥行業(yè)發(fā)展，隨著更多定制藥品的出現(xiàn)和使用，藥品劑量的更準(zhǔn)確測定變得尤為重要。新SI的來臨，讓我們更有信心應(yīng)對未來的測量挑戰(zhàn)和需求。

SI重新定義，是全球計量界的大事。國際計量組織和各國國家計量院都應(yīng)充分利用這一重要契機(jī)，開展廣泛而深入的宣傳與推廣活動。活動的目的，一方面是充分說明SI變革的內(nèi)容和意義，及其對量值溯源方式可能帶來的影響等技術(shù)后果。自200多年前“米制”問世以來，人類就期盼著建立一個全球統(tǒng)一并可隨時隨地實現(xiàn)的測量基礎(chǔ)體系，隨著新SI的到來，這一愿望將得以實現(xiàn)。與此同時，新SI還將支撐科技進(jìn)步對測量準(zhǔn)確度不斷提升的需求的滿足。另一方面，通過宣傳SI重新定義，傳播計量基礎(chǔ)知識，可以使大眾了解SI，增強(qiáng)社會的計量意識。SI雖應(yīng)用廣泛，社會各界對其重要作用卻鮮有真正的認(rèn)識，急需加強(qiáng)計量宣傳，使大眾更好地認(rèn)識到測量與計量在日常生活以及在經(jīng)濟(jì)、社會和科技發(fā)展中扮演的重要角色。

SI重新定義推廣活動的目標(biāo)群體可以分為以下四類，感興趣的話題各不相同，在實際活動的設(shè)計中應(yīng)充分考慮其針對性和適用性。

1.決策者：指政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界等的關(guān)鍵人物，他們對于國家政策和學(xué)術(shù)意見的形成具有重要影響力。他們所關(guān)心的話題包括：新SI如何造福人民健康和促進(jìn)國家富強(qiáng)；新SI如何引發(fā)新技術(shù)發(fā)展和支撐創(chuàng)新；新SI在貿(mào)易和全球化中的作用等。

2.教育工作者：科學(xué)技術(shù)類的教育工作者需要一定程度地了解SI重新定義所帶來的變化，以便能夠向?qū)W生們，甚至是中學(xué)生，傳遞這些訊息。針對教育工作者的推廣活動的內(nèi)容可包括：計量體系的介紹；計量體系背后的基本物理學(xué)知識；SI重新定義帶來的變化和自然的法則；統(tǒng)一的測量理論等。

3.對科學(xué)感興趣的公眾群體：有相當(dāng)一部分具有科學(xué)知識的大眾群體會對SI感興趣，他們往往是通過大眾媒體獲取相關(guān)的信息。因此，應(yīng)確保有關(guān)媒體能夠獲得有關(guān)新SI適當(dāng)?shù)男畔?。針對媒體的宣傳內(nèi)容可包括：SI如何與我們的生活息息相關(guān)；SI重新定義是一項世界性的工程；SI重新定義是未來創(chuàng)新的跳板；SI重新定義是量子物理學(xué)應(yīng)用的結(jié)果；新SI不再依賴實物原器等。

4.SI的用戶：各國國家計量院都有直接服務(wù)的用戶，以及通過地方計量機(jī)構(gòu)或校準(zhǔn)、檢測實驗室間接服務(wù)的大量的用戶群體，針對用戶的推廣活動的內(nèi)容可包括：當(dāng)前體系的穩(wěn)定性和延續(xù)性；新SI帶來的更高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；變革引發(fā)的新技術(shù)和更多的發(fā)展機(jī)會等。

為幫助和協(xié)調(diào)各國國家計量院和有關(guān)國際組織開展以SI重新定義為主題的計量推廣工作，國際計量委員會(CIPM)于2015年成立了“新SI推廣工作組” （TGSI）。工作組成員包括BIPM以及墨西哥、巴西、韓國、法國、中國、美國、日本、南非、英國、德國、俄羅斯等國家計量院和國際電磁計量咨詢委員會（CCEM）、國際質(zhì)量及相關(guān)量計量咨詢委員會（CCM）、國際溫度計量咨詢委員會（CCT）、國際化學(xué)和生物計量咨詢委員會（CCQM）和國際單位制咨詢委員會(CCU)的代表，并邀請國際實驗室認(rèn)可合作組織(ILAC)、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、國際法制計量組織(OIML)、國際電工委員會(IEC)和國際照明委員會(CIE)派員擔(dān)任觀察員。TGSI主席由CIPM副主席、CCU主席、德國PTB院長約阿希姆?烏爾里奇教授（Joachim Ullrich）擔(dān)任，秘書是BIPM的艾斯塔法尼亞?德?米蘭達(dá)博士（Estefanía de Mirandés）。

TGSI每年召開一次會議，討論確定各種有效的新SI推廣工具，并分享至BIPM的門戶網(wǎng)站，供各國選擇使用。TGSI鼓勵各國國家計量院結(jié)合自身實際，組織開展面向各類不同目標(biāo)群體的SI推廣活動。TGSI建議各國在SI推廣活動中，使用通用術(shù)語介紹SI，充分利用現(xiàn)有資源或創(chuàng)建自身資源，并借助工作組平臺互通有無，鼓勵不同國家之間尋求聯(lián)合交流和推廣的機(jī)會。

作為分享推廣信息、擬定公用文件的平臺，TGSI制定了很多宣傳材料供各國國家計量院和國際組織使用，包括SI標(biāo)識圖、闡述SI使用的品牌書（Brand Book）等。使用全球統(tǒng)一的標(biāo)識與分享關(guān)鍵信息的做法，既保證了不同國家和不同機(jī)構(gòu)推廣SI活動的一致性，又將大大提升SI及計量的國際形象。

TGSI開發(fā)了如圖1所示3種不同格式的SI平面設(shè)計，其中，7個SI基本單位分別以可見光譜中的7種不同顏色逐一呈現(xiàn)。所有格式和顏色的設(shè)計圖均可從www.bipm.org/en/si-download-area/下載。各國計量院和國際組織的宣傳材料都應(yīng)使用該設(shè)計，這樣既突破了不同語言之間的交流障礙，也使得各國新SI推廣活動共同構(gòu)成整個世界的新SI宣傳史。

圖1 新SI標(biāo)識圖

五、各國新SI推廣活動

從2018年5月20日“世界計量日”開始，世界各國的新SI宣傳大幕已紛紛拉開，并將持續(xù)一年，直至2019年5月20日，新SI預(yù)計將正式全面實施。

在TGSI的指導(dǎo)下，BIPM和各國計量院將開展形式多樣的活動，包括：各國計量院設(shè)立開放日，介紹SI的復(fù)現(xiàn)和保存；在各類國際國內(nèi)重要會議上發(fā)表關(guān)于SI重新定義的演講；在博物館和科技活動中舉辦關(guān)于SI重新定義的展覽；在國內(nèi)外重要期刊雜志上發(fā)表關(guān)于SI重新定義的文章；利用社交媒體開展宣傳活動；舉辦與SI相關(guān)的知識競賽；拍攝與SI相關(guān)的電影或電視節(jié)目等。

以下簡要介紹BIPM和幾個主要國家計量院正在或即將開展的部分新SI推廣活動。

1.國際計量局（BIPM）

·發(fā)布2018年世界計量日的資源網(wǎng)站；

·在BIPM官網(wǎng)上設(shè)置TGSI網(wǎng)頁，提供SI標(biāo)識圖及其他各類信息供下載；

·2018年11月13日至16日第26屆國際計量大會期間，BIPM成員國代表將對SI重新定義進(jìn)行表決。為記錄人類計量史上具有劃時代意義的一刻，BIPM將于2018年11月15日以現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)直播的方式組織大型報告會，內(nèi)容包括：CCU、CCEM、CCT和CCM關(guān)于SI基本單位重新定義的工作報告；2-3名諾貝爾獎獲獎?wù)咦鲫P(guān)于SI發(fā)展與未來的科學(xué)演講；對SI重新定義的決議的現(xiàn)場表決等。

2.英國國家物理研究院（NPL）

?演講：在全英65所大學(xué)舉辦關(guān)于SI重新定義的巡回演講；

?路演：在全英范圍開展與SI有關(guān)的路演活動，每月2次，參與人數(shù)預(yù)期達(dá)3萬人；

?信息傳遞： 制作技術(shù)手冊，附在NPL核發(fā)的每一份校準(zhǔn)證書之后分發(fā)給用戶，確保所有用戶知曉SI基本單位定義的變化。另外，還將與英國皇家認(rèn)可委員會（UKAS）等機(jī)構(gòu)一起，力爭將SI變化的信息傳遞給英國量值溯源體系中涉及的所有用戶； 

?教學(xué)：面向?qū)W校關(guān)鍵年齡層的學(xué)生（如：8～10歲，11～14歲，15～16歲以及17～19歲），傳播與其年齡相匹配的計量知識和SI常識，預(yù)期將涉及全英24 000所學(xué)校；

?計量故事講述：詳細(xì)敘述英國對SI演變及計量發(fā)展做出的貢獻(xiàn)，培養(yǎng)民族自豪感；

?公關(guān)活動：鼓勵新聞界更多地關(guān)注計量及SI重新定義，確保英國主要媒體，包括紙媒、網(wǎng)絡(luò)及廣播，都進(jìn)行相關(guān)報道；

?SI大使：推薦大批的“SI大使”來傳播SI的故事，NPL超過80%的員工都將參與到這項活動中。

3.德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）

?編寫SI宣傳手冊，介紹新的SI，包括提出新SI的想法，已經(jīng)開展的科學(xué)實驗，千克定義面臨的問題，SI重新定義，學(xué)校中的新SI，科學(xué)中的新SI，技術(shù)中的新SI以及公眾生活中的新SI等；

?出版PTB-Mitteilungen雜志?？?，介紹新SI的相關(guān)實驗。

4.美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）

·拍攝長篇紀(jì)錄片“最后的實物原器”（The Last Artifact），介紹千克重新定義的演變，片長60到90分鐘，經(jīng)費(fèi)50萬美元，擬向全世界公映，預(yù)計首次上映時間為2019年年初；

·拍攝視頻短片：BIPM和NIST將共同拍攝關(guān)于新SI的社交媒體短視頻，長約3分鐘；另外，NIST還將制作題為“SI超級英雄冒險之旅”的動畫片；

·制作教學(xué)課程：制作面向高中生或大學(xué)生的關(guān)于新SI的科教材料，以及開發(fā)面向高中生的新SI手機(jī)或游戲客戶端。

5.中國計量科學(xué)研究院

已經(jīng)制定了新SI推廣活動的計劃，并著手開展一系列的活動，主要包括：

·拍攝系列短片和動畫片，介紹SI變革的意義和挑戰(zhàn)；

·編寫科普手冊和讀物，介紹新的SI，預(yù)期將于2018年底完成；

·組織“SI進(jìn)校園”活動，向高等院校師生介紹SI重新定義的情況，以及對科技、經(jīng)濟(jì)和社會產(chǎn)生的影響；

·在昌平院區(qū)制作SI重新定義專題展覽，長期對外開放。

在世界各國計量工作者的共同努力下，SI重新定義已進(jìn)入倒計時，形式各異的新SI推廣活動層出不窮，作為一門歷史悠久的關(guān)于測量的科學(xué)，計量正加快步伐邁進(jìn)量子化的新時代！

參考文獻(xiàn)：

1、Bureau International des Poids et Mesures, Future Revision of the SI – Brand Book, V2, April 2018