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SI及国际计量变革，你应该知道

什么是原子时

人们对自然界的认识一直与自然现象紧密相关，时间也不例外。

自古以来，人们就使用春夏秋冬的四季轮回来定义“年”;太阳的东升

西落来定义“日”;一日又分为十二个时辰，我国在北宋时开始将每个

时辰分为“初”、“正”两部分，分十二时辰为二十四，称“小时”。

直到20世纪六十年代，时间的基本单位——“秒”一直被定义为一个

平太阳日的1/86400，也就是人们通常说的天文秒。以天文秒为基本

单位建立的时标就是世界时。1956年10月，国际计量委员会(CIPM)

采纳了新的秒定义:秒是指1900年1月0时(12小时历书时)的回归年

的19747。然而，长期的天文观测发现，地球的自转和公

转运动的周期不是恒定不变的，一天的时间在每个世纪变长了1.7ms。

19世纪初，随着物理学的快速发展，特别是量子物理学的建立，

物理学家们认识到:原子内电子能级间的特征跃迁频率，具有比天文现

象高得多的稳定度，更适合于作为频率标准/时间标准。科学家们用当

时尽可能准确的天文秒长作“尺子”，尽可能准确地测量133Cs原子

相应能级间的跃迁周期数。在1个天文秒里，他们数出铯原子的133

同位素“振动”了9192631770次。

1952年，全球第一台原子钟在英国面世。其后，更多先进的原子

钟在美、法等国问世。鉴于原子钟卓越的准确度和稳定性，1967年第

13届国际计量大会(CGPM)重新定义了“秒”——用铯133Cs原子基

态两个超精细能级间的跃迁频率替代了原有基于地球公转和自转的秒。

这标志着原子时的诞生，宣告着一个以量子定义时间的新时代正式到

来。从此，原子时取代了天文时，人类测量时间不再依靠观星星测太

阳了，实验室型铯原子基准钟成为复现秒定义的手段。今天，全球最

好的铯原子喷泉钟不确定度已经达到了10-16量级，比地球运动的稳定

性高8个数量级，相当于几亿年不差一秒。

秒是基本单位中准确度最高、应用最广、最适于远程传递的一个。

长度单位米、电压单位伏特，已经实现了以时间频率定义，如果将其

!

国际单位制(SI)是全球统一的计量单位制，是构成国际计量体系的

基石。国际单位制的核心是7个基本单位，即时间单位“秒”、长度

单位“米”、质量单位“千克”、热力学温度“开尔文”、电流单位

“安培”、发光强度单位“坎德拉”和物质的量单位“摩尔”。

SI单位是全球测量基础，由于测量在科学、技术和我们的日常生

活中无处不在，因此这些测量基础十分重要，这些测量基础给我们带

来信心。比如，我们去超市，不会带着自己的秤去检查，而是会完全

信赖商店中食品标签上显示的重量。虽然这些重量由交易标准进行规

范，但是最终实现可信测量的是靠SI质量单位这一基础来支撑的。

国际单位制最早形成于19世纪，伴随着科技发展，发生了多次重

大变革，并带动了国际计量体系和国际测量技术规则的不断完善。

谁参与了SI体系的制定

国际计量大会(CGPM)每4～6年举行一次全部成员国派代表参加

的大会。CGPM基于国际计量委员会(CIPM)的建议，接受、讨论并认

可关于SI的新进展。

国际计量委员会(CIPM)由CGPM提名的来自拥有较高科技地位国

家的18位委员组成，每年举行会议，并对关于SI的行政和技术事务

提出建议。由58个成员国和41个附属成员国代表通过多个委员会共

同努力，为实现共同利益确保测量的相互间可比和一致。