用新SI引领新一轮科技变革

■ 中国计量大学校长 宋明顺

2018年11月16日，在法国巴黎召开的第26届国际计量大会表决通过了“1号决议”，决定自2019年5月20日起实行新的国际单位制（以下简称“新SI”）。“新SI”主要变化在于其7个基本单位用一个或多个定义的基本常数推导出，这些基本常数在全宇宙每个角落都相同，为7个基本单位确立了完美的标准定义。这些定义是基于自然科学永恒的定律和可随时随地复制传播的思想，从而改变基本单位自有定义以来，依赖于实物的历史，具有了放之宇宙而皆准的普适意义，同时发展出了极高精度的技术方法来复现这些单位。

德国物理学家普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck）早就意识到：借助基本常数，我们有可能建立起长度、时间、质量、温度的单位，它们必定对所有文化都能保持有效性，包括外星或者非人类文明。2018年11月16日，人类终于完全实现了普朗克的梦想和预言，人类可以在任何时间、任何地点、用任何方式来实现所定义的单位，保证量值的准确和一致。诺贝尔物理学奖获得者菲利普斯（William Phillips）把“新SI”称之为“自法国大革命以来测量的最伟大革命”。随着人类文明不断进步，肯定还会发明出更精准、更容易的测量方法，越来越逼近7个基本单位完美的标准定义。

“新SI”单位具有长久的稳定性和内部一致性，并基于当前最高水平的自然理论描述和科学技术方法完成实际复现、统一且可在世界范围内使用。因此，“新SI”具有下列特点：

量子化。单位的定义和复现以量子技术为基础，“新SI”基本单位定义中的基本常数，多数是基本物理常数；“新SI”基本单位的复现是基于量子科学的原理，通过全面采用量子计量基准，将大幅提升测量的准确度和稳定性。

扁平化。以往量值传递采用由基准级（主基准副基准工作基准）至标准级（一级（等）二级（等）三级（等）…）再至工作计量器具的量值传递科层式体系。“新 SI”的实施，量值传递可直接由基准器具传至工作计量器具，量值传递由科层化转为扁平化。同时，量值的溯源体系也由科层化转变为扁平化，大大减少了传递或溯源的层级或次数，也减少了精度的损失，节约了成本。

泛在化。“新 SI”开启了可在任何时刻、任何地点、任何主体对基本单位按照定义进行复现的时代，“新 SI”单位的基准器具可在任何地方实现和保存，而不只限于保存在国家计量院，也不只局限于一个单位只有一个基准，“新SI”单位的复现在理论上具有泛在化的特征。

“新SI”是科学技术高速发展的成果，是人类文明进步的标志。“新 SI”推广和应用可以有效支撑国际贸易、高科技制造业、人类健康与安全、环境保护、全球气候研究与基础科学的发展，由此可能触发重大科技创新和颠覆性技术的诞生。因此，为了在“新SI”变革中能更好地抓住机遇，应对挑战，特提出下列三方面的建议：

一、抓住机遇，用“新SI”引领新一轮科技变革

“新SI”的量子化、扁平化和泛在化，要求“新 SI”单位复现的基准器具具有超高精度、小型化和可移动。“新 SI”单位基准器具的超高精度化，在美国、中国、英国、德国等世界少数几个国家已经实现，而小型化和可移动目前尚未有任何一个国家得以实现，这既是“新SI”建立的既定目标，也是上述世界先进国家正在发力并较量的领域。实现“新 SI”既定目标，即计量基准器具的超高精度、小型化和可移动，意味着新一轮的科技革命到来之时，工业技术不再是“纳米”（10-9米）技术，而被“皮米”（10-12米）甚至“飞米”（10-15米）技术取代，“皮米”技术或“飞米”技术将是新技术的代名词。因此，国家科技行政管理部门、教育行政管理部门、计量行政管理部门、工业行政管理部门应高度重视“新SI”引发的新一轮科技革命的潜在机遇，组织科研力量和工业生产部门联合攻关，加强“新 SI”单位基准器具小型化和可移动的研发，使超高精度计量基准器具产业化，在国际上率先实现“新SI”单位随时随地可复现，实现量值传递和溯源的扁平化，并带动芯片技术实现由“纳米”级到“皮米”级甚至“飞米”级的跨越。实现工业制造和测量由“纳米”跨越到“皮米”甚至“飞米”级，从而在“新 SI”诱发的新一轮科技变革中实现“中国制造”的弯道超车，有效支撑《中国制造2025》目标的实现。

二、迎接挑战，加快“新SI”的普及教育

“新SI”的单位定义直接用基本常数表述，虽然多数基本常数是物理常数，隐含着具体的科学原理和意义，但从定义的表述看，缺乏原理性和可读性，表面上看不出其内涵，较之以前SI单位的定义，显得特别抽象、不易理解，给宣传普及教育带来新的挑战。正因为定义的抽象化，“新 SI”的公布实施并未引起国内的普遍关注，尤其是科技、工业和教育界对其缺乏足够的重视。但若科技、工业和教育界都不重视“新SI”的变化，我国则很难在其诱发的新一轮科技变革中抢占先机。因此，应加大对“新 SI”的宣传、推广、普及教育工作，尤其是教育领域更应该重视“新SI”知识的普及教育。在高等教育中，所有的物理课都应将教材中和实验中的单位换成“新 SI”单位，在其他的课程、实验和实训中凡涉及单位的都应改成“新 SI”单位；在中小学教育中，凡涉及单位的教材、教学实验和教学内容都应换成“新SI”单位。建议教育部、市场监管总局（国家计量主管部门）、科技部、宣传部等有关部门成立相应的“新SI”推广、宣传、普及的临时组织，负责宣传普及工作，改编教材和教学实验内容，制作电视短片、微课程及其他通俗易懂的宣传材料，尽快做好“新SI”的普及教育及宣传工作，这方面可充分发挥中国计量科学研究院和中国计量大学的专业优势。

三、发挥优势，助推“一带一路”互利共赢

“新 SI”的实施给发展中国家以及多数发达国家带来了巨大的挑战，尤其是发展中国家的科技水平和能力目前还无法实现“新 SI”单位的复现，更难以实现量值传递的扁平化和泛在化。以往发展中国家还可从发达国家购买部分基准器具，但目前复现“新SI”单位的基准器具都是十分庞大和复杂的科学装置，而且具有核心技术，受知识产权保护，现阶段不可能转卖，因此许多国家将面临无计量基准器具可用的窘境，更无法参加高水平的国际比对。“新 SI”变革，将使全球测量体系发生重构，但大多数国家短时间内难以实现量值传递和溯源体系扁平化，拥有“新SI”单位复现核心技术的少数发达国家，目前还不可能向发展中国家转让“新SI”单位复现的核心技术。我国提出的“一带一路”倡议，倡导“共商、共建、共享”的互利共赢原则，为我国构筑“新 SI”背景下的全球计量治理新体系带来了机遇。我国的计量科技水平和国家计量治理能力处于国际先进水平， 在“新 SI”单位的复现中，温度和质量单位的复现主要基于我国的计量科技成果，我国“新SI”单位的复现水平国际领先。如果我国能加快实现“新SI”单位基准器具的小型化和可移动，则可帮助“一带一路”国家建立“新SI”单位的基准器具，帮助他们实现量值传递和溯源扁平化。同时，参照我国的量值传递和溯源体系可帮助其建立起完善的测量保证体系，保障测量数据的高精度，推动其工业经济，尤其是数字经济的快速发展，在计量领域为“一带一路”沿线国家提供和普及中国方案。“新SI”的量子化和定义的抽象化，给“一带一路”沿线国家的普及和教育带来诸多的困难，其科技水平、师资力量、教育能力不足以开展“新SI”的普及教育工作。

基于我国在计量科技和计量教育领域的国际优势，建议在“一带一路”双边、多边综合性合作协议中增加计量科技和教育方面的内容，尤其是在科技、教育、贸易的双边和多边合作协议中更应该增加上述内容，如此不仅可以助推新科技变革的早日实现，更能造福“一带一路”沿线国家，依靠我国的计量优势推进“一带一路”建设行稳致远，计量、标准是描绘“一带一路”宏伟蓝图的工笔画。

附表：SI基本单位定义变化比较