當(dāng)時間走過2017年6月30日23時59分59秒，世界計(jì)量學(xué)跨入了一個嶄新的階段。如果你從現(xiàn)在才開始測量玻爾茲曼常數(shù)或普朗克常數(shù)，那么可能已經(jīng)為時太晚了。英國國家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)的溫度領(lǐng)域科學(xué)家Michael de Podesta，在他的博客中寫道，“從2017年7月1日起，全世界的研究人員根據(jù)基本常數(shù)重新定義國際單位制的努力已進(jìn)入一個新階段”。
這是什么意思？要搞清楚這個問題，首先要弄明白什么是測量？測量是一個把你試圖測量的東西和測量標(biāo)準(zhǔn)或者組合標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較的過程。所以，當(dāng)我們測量速度時，我們把物體的速度與每秒1米的速度進(jìn)行比較。
玻爾茲曼常數(shù)讓我們知道一個氣體分子在特定溫度下所擁有的能量。
普朗克常數(shù)讓我們知道一個粒子以穩(wěn)定的速度行進(jìn)的量子力學(xué)波長。
但實(shí)際上，我們認(rèn)為普朗克常數(shù)這樣的量實(shí)際上比任何人為標(biāo)準(zhǔn)都要恒定。這就是為什么我們稱它們?yōu)椤俺?shù)”!因此，把“真正常數(shù)”的量與必然不完美的人為標(biāo)準(zhǔn)相比較，似乎有點(diǎn)本末倒置。
在過去幾十年的研究中我們逐漸認(rèn)識到，轉(zhuǎn)變比較的方向才更有意義。在這個新的測量標(biāo)準(zhǔn)概念中，我們將把米長和千克質(zhì)量等建立在這些真正的常數(shù)量基礎(chǔ)之上。
這就是全世界的計(jì)量學(xué)家們正在進(jìn)行的工作，在過去10年左右，根據(jù)目前國際單位制中所含的單位定義，他們?yōu)閷@些常數(shù)進(jìn)行最準(zhǔn)確的測量做出了巨大努力。從2017年7月1日起，我們進(jìn)入了一個過渡期，科學(xué)家將在這段時間內(nèi)分析這些結(jié)果。由于分析過程十分復(fù)雜，因此在這個過渡期中即使出現(xiàn)更完善的新測量方法，也不會被采納。
如果結(jié)果令人滿意，國際計(jì)量大會(CGPM)將予以批準(zhǔn)。2019年5月20日起，世界將切換至一個新的、在自然常數(shù)尺度下的測量系統(tǒng)。
此后，包括玻爾茲曼常數(shù)和普朗克常數(shù)在內(nèi)的7個“自然常數(shù)”將被賦予固定值。
2019年5月20日之后，再進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)時，人們已經(jīng)知道普朗克常數(shù)的值，我們將建立基于這個值的測量系統(tǒng)。因此，相同實(shí)驗(yàn)的結(jié)果將影響對功率天平上物體質(zhì)量的估算。
那會有什么不同嗎？實(shí)際上切換成新系統(tǒng)不會帶來顯著的差別。這就引出了一個問題:“為什么要這么做？”原因是這些單位定義為每個科學(xué)分支的測量奠定了基礎(chǔ)。就像每一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，無論是建筑物還是單位制都需要不定期的維護(hù)。
通常這樣的維護(hù)工作費(fèi)時費(fèi)力，然而除了確信建筑物的結(jié)構(gòu)不會沉降或破裂外，沒有任何成就可供展示。單位制的變革也是一樣。20世紀(jì)測量科學(xué)的進(jìn)步是驚人的，有些關(guān)鍵進(jìn)步在其出現(xiàn)之前幾十年都是不可想象的。
同樣，我們預(yù)計(jì)，未來幾個世紀(jì)中測量科學(xué)將以我們無法想象的方式進(jìn)一步得到完善。通過建立我們所能構(gòu)想到的最穩(wěn)定的基礎(chǔ)，以確保用于匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位制漂移或不一致不會阻礙科學(xué)進(jìn)步。
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