国际计量的发展历史

老刘

由于世界各国采用了相互不同的测量标准器 具、不同的测量单位和测量方法，因而大大阻碍了世 界各国的经济发展和贸易往来。到了18世纪，随着世界经济和贸易的飞速发展，统一世界各国计量单位制的问题提到了议事日程上。
1790 年，经历了启蒙运动的理性主义思潮，法国科学院建议以地球作为标准物，以通过巴黎的子午线四分弧长的一千万分之一，重新定义基本长度单位米”。为此，1792 ～ 1799 年，法国天文学家德朗布尔 ( Delambre) 与梅尚( Mechain) 花了整整 7 年的时间，量出了那条穿过敦刻尔克到巴塞罗那的子午线的弧长。根据测量结果，其制作了一根铂杆，将铂杆两端之间的距离定义为 1 米，并交给法国档案局保管。这根铂杆被称为“档案米”。基本长度单位“米”诞生之后，很多单位以它为基础，重新定义了标准。以米的十分之一长度为立方作为容量单位，定名为“立特" (liter，升）以一立方分米的纯水在4 ℃时的重量（质量）作为重量单位，定名为“千克"（公斤）。这种制度是十进位制，完全以“米"为基础，因此得名为“米制" 。
1875 年，阿根廷、比利时、奥地利-匈牙利、巴西等 17 个 国 家 签 署 了《米 制 公 约》( the Convention du Metre) ，并于 1875 年 5 月 20 日成立了国际计量局 ( BIPM) ，负责为建立单一、一致、可溯源至国际单位制的全球测量系统提供基础。法国大革命期间建立的十进位米制以“米”和“千克”为基础。根据《米制公约》的规定，制造了新的米原器和千克原器，并为 1889 年第一届国际计量大会( CGPM) 所正式接受。随着时间的推移，测量系统不断发展，目前已经包括 7 个基本单位。1960 年，第 11 届国际计量大会决定，这个系统称为国际单位制。
这一过程从 20 世纪 60 年代拉开序幕。基本单位时间 “秒”、长度“米”先后经历了修订。1960 年，第 11 届国际计量大会上正式批准废除铂铱米原器，而将“米”定义改为: “米等于86Kr 原子的 2p10和 5d5能级间的跃迁所对应的辐射在真空中波长的 1650763.73 个波长的长度”。1983 年，第十七届国际计量大会又对“米”进行了进一步的定义。
1961 年，国际计量委员会提议采用铯原子基态跃迁作为“秒”定义的候选。1967 年，第 13 届国际计量大会通过了基于铯原子跃迁的新的“秒”定义，即: 铯133 原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的 9192631770个周期的持续时间。至此，“原子秒”取代了“天文秒”。
时间和长度单位计量量子化的成功，不断催生其他计量单位的量子化定义进程。国际计量委员会于 2005 年一致同意全面进行国际单位制基本单位量子化变革，使其直接定义在自然界“恒定不变”的基本物理常数上。经全球计量科学家和物理学家十多年的共同努力，重新定义国际单位制基本单位的全部条件均已经具备。
2018 年 11 月，召开了第 26 届国际计量大会。会议通过了关于修订国际单位制的决议。国际单位制中，“千克”由普朗克常数、“安培”由基本电荷、“开尔文”由玻尔兹曼常数、“摩尔”由阿伏伽德罗常数定义; 另外 3 个基本单位在定义的表述上也作了相应调整从而与此次修订的 4 个基本单位相一致。修订前后的国际单位制基本单位定义如表 1 所示。
−秒是铯－133原子基态的两个超精细能级之间跃迁的辐射周期的9192631770倍的持续时间。
−米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。
−千克对应普朗克常数为6.62607015×10^-34J·s（焦耳·秒）时的质量单位。
−电流：1秒内通过(1.602176634)⁻¹×10^19个电子电荷所对应的电流
−1开尔文被定义为“对应玻尔兹曼常数 [3] 为1.380649×10⁻²³J·K⁻¹(1.380649×10⁻²³kg·m²·s⁻²·K⁻¹)时的热力学温度”。
−摩尔：含有阿伏加德罗常数个结构微粒（约6.022×10²³）的物质，其物质的量为1mol（摩尔）
−1坎德拉为一光源在给定方向上发出频率为540×10^12s⁻¹的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为(683)⁻¹kg·m²·s⁻³时的发光强度
导出单位的定义。
　赫兹（频率的单位）——周期为 1s（秒）的周期现象的频率为1Hz（赫兹），即1Hz=1s⁻¹。
　牛顿（力的单位）——使1kg（千克）质量产生1m/s²（米每二次方秒）加速度的力，即1N=1kg·m/s²。
　帕斯卡（压强单位）——每m²（平方米）面积上 1N（牛顿）力的压力，即1Pa=1N/m²。
　焦耳（能或功的单位）——1 N（牛顿）力的作用点在力的方向移动1m（米）距离时所作的功，即1J=1N·m。
　瓦特（功率单位）——1s（秒）内给出1J（焦耳）能量的功率，即1W=1J/s。
　库仑（电量单位）——1A（安培）电流在1s（秒）内所运送的电量，即1C=1A·s。
　伏特（电位差和电动势单位）——在流过 1A（安培）恒定电流的导线内，两点之间所消耗的功率若为1W（瓦特），则这两点之间的电位差为1V（伏特），即1V=1W/A。
　法拉（电容单位）——给电容器充1C（库仑）电量时，二极板之间出现1V（伏特）的电位差，则这个电容器的电容为1F（法拉），即1F=1C/V。
　欧姆（电阻单位）——在导体两点间加上 1V（伏特）的恒定电位差，若导体内产生1A（安培）的恒定电流，而且导体内不存在任何其他电动势，则这两点之间的电阻为1Ω（欧姆），即1Ω=1V/A。
　特斯拉（磁感应强度或磁通密度单位）——每m²（平方米）内磁通量为1Wb（韦伯）的磁感应强度，即1 T=1 Wb/m²。
　流明（光通量单位）——发光强度为 1cd（坎德拉）的均匀点光源向sr（球面度内单位立体角）发射出去的光通量，即1 lm=1 cd·sr。