震撼人心：質量單位將與宇宙恆量聯繫，一批物理量將重新改寫

一秒鐘有多長？一千克有多重？對於很多人，這可能是個簡單得不能再簡單的問題，連菜場大媽可能也不屑回答這個問題。然而，在科學上，這個問題卻有著無比重要的意義，這甚至是整個物理學的實驗基礎之一，沒有這些最基本的概念，物理大廈根本無從搭建。

在小編學習物理的時候，那時千克還是以性質穩定的貴金屬進行定義，記得那時國際千克原器還被嚴格保存在法國的實驗室里。然而，從明年開始，千克的定義將重新改寫，這些問題的答案將不再是熟悉的回答。

日前，國際計量委員會在北京舉行的學術報告會上透露，將於2018年召開第26屆國際計量大會，並將最終審議新的國際單位制修訂案。電流、質量等7個基本單位將全部與宇宙中恆定不變的量或基本物理常數聯繫起來。屆時，SI單位的量子化變革將最終完成，這些變化都將基於高精度的時間頻率測量技術。

如果說過去以實物定義的千克有什麼問題的話，最大的缺點就是不夠穩定，即使以真空恆溫等條件保存，但金屬本身並不是一個恆量。而此次通過量子技術與宇宙常量結合來定義基礎度量單位，可以說是物理學上的一次飛躍。

隨著技術的進步，高精度時間頻率讓「千克」等得以被重新定義。早在50年前的第13屆國際計量大會通過了新的秒定義，即用銫133原子基態的兩個超精細能級間躍遷頻率的「原子秒」替代了原有基於地球自轉和公轉的「天文秒」。這標誌著原子時的誕生，宣告一個以量子定義時間的時代到來。「天文時」到「原子時」的量子化變革，讓時間頻率測量精度躍升了1000萬倍以上，目前全球最好的銫原子噴泉鐘相當於幾億年不差一秒。高精度的時間頻率正廣泛應用到人類生產生活的各個領域。正是因為有了「原子時」的保駕護航，中國電網運行時間同步水平達到1微秒；5G通信基站之間的時間同步水平達到100納秒以內。中國計量技術的基礎前沿研究一直走在前列，國家校準測量能力躍升到全球第4位。中國計量科學研究院正在研製NIM6銫噴泉鍾， 準確度會達到6000萬年不差一秒。中國科技大學表示，希望用5到10年發射衛星、形成量子星座，與地面光纖形成全球量子通信網路。

作為計量單位的核心，時間率先完成量子化變革，由此催生長度、電學、溫度、質量等單位的重新定義。重新定義之後，長度和電流都是時間的導出量，質量也最終由時間導出。時間的量子化也帶動了千克的量子化定義。由於有了精確的定義，特別是與宇宙恆量相關聯。這些概念首先在理論上站穩了腳跟，不再有實物定義與理論需求的矛盾，其次也為實際應用中物理量的比較奠定了基礎，由於都和宇宙恆量關聯，通過宇宙恆量即可確定誤差，相當於有了絕對精確的準繩。

當然，國際標準的實際修訂過程中肯定還會遇到種種技術難題，一旦確定和宇宙恆量關聯，那麼宇宙恆量之間的預設關係將變得十分重要，不能有一絲邏輯上的疑問。相信科學家最終會解決這些問題。如果修訂成功，無疑將是人類科學史上的又一偉大進步。

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