国际单位制基本单位的重新定义

✍ dations ◷ 2025-04-26 12:04:33 #国际单位制,定义

国际基本单位2019年新定义是指,在2018年11月16日,第26届国际计量大会一致通过了新的国际单位制基本单位定义的提案,新定义于2019年5月20日生效。

国际单位制希望其单位定义基准是源自于对自然的测量。但此单位制于1799年在法国被引入(英语:History of the metric system)时,由当时之技术限制,因此利用了米原器与千克原器来定义米与千克。

1960年,米的定义被改写为由特定光源所发出的光波长(后又改为根据真空光速定义),因此米定义的基准也成为了对自然测量的结果。2018年,只留下了千克仍是以人造的实物来定义。2019年新定义包括,停止使用“铂铱千克原器”定义一千克,改为用电磁力测量普朗克常数时衍生之数值。

继1983年通过定义光速的确定数值以重新定义米之后,由国际计量委员会的计量单位咨询委员会建议,并经国际计量局提案,除了光速以外,下列所示的四个自然常数也应被定义为确定的数值:

这些常数在2006年版的SI指南就已经出现,但在此版本中后三个常数被定义为“由实验所得的常数”,而不是直接的“定义常数”。

国际计量局也提案,以下这些自然常数的数值应继续保持不变。

根据更新的第9版SI手册(2018年),通过将所有导出单位改写为基本单位,以上七个定义在以下改写为以基本单位表示的形式。其中符号sr代表无量纲的球面度。

此外国际计量局也要求:

这些改变会影响到基本单位的定义,但对于导出单位的表达形式则不会有所影响。

根据计量单位咨询委员会的提案,在2019年版本的定义中,所有基本单位的定义都将被改写或者重写。改写核心是将定义由“单位中心”变为“常数中心”。

在“单位中心”的定义中,一个单位是由实物例子定义。比如自1889年至2019年,千克被定义为“国际千克原器的质量”,即国际千克原器的质量等于1千克。

在“常数中心”的定义中,自然常量被定以确定的值,单位的定义则通过自然常量的定值作为结果呈现。比如自1983年至今,光速被定义为每秒299,792,458米,而秒已经被定义,因而米这个单位也因而被定义了。

在2019年新定义中,秒、米和坎德拉的定义实质上没有改变,只是文字上表达更为严格;千克、安培、开尔文和摩尔则有根本上的重大改变。

值得注意的是,在两岸三地针对基本单位的翻译有所不同,详情请参考见下表

秒的新定义实质上与现有的相同,但表达更为严格。

米的新定义实质上与现有的相同,但表达更为严格。

千克的新定义有根本上的重大改变,它不再依赖人造物(国际千克原器),改以普朗克常数联系电磁波频率和等效质量。

安培的新定义有根本上的重大改变。旧定义中,安培与两条无限长且截面积可忽略的导体有关,这样的条件在现实中并不存在。因此,改用了基本电荷 e 重新定义安培,这样的条件可以在实验室中重现,同时较简单易明。在新定义中,安培只是跟“秒”有关,与“米”和“千克”无关。

开尔文的新定义有根本上的重大改变。旧定义中,热力学温度单位与水的三相点有关,新定义以玻尔兹曼常数联系温度和能量。

摩尔的新定义有根本上的重大改变。原有定义中,摩尔与另一基本单位“千克”有关。新定义中,利用物理常数阿伏伽德罗数直接定义了摩尔。

坎德拉的新定义实质上与现有的相同,但表达更为严格。

(注:上表中: c {\displaystyle c} 代表真空光速; α {\displaystyle \alpha } 代表精细结构常数; R {\displaystyle R_{\infty }} 代表里德伯常数)

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