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为什么2015年世界计量日主题为计量与光?

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  • 发布时间:2015/5/11 16:57:54
  • 作者:cls_yinhe

  计量与光什么关系?为什么2015年世界计量日主题定为计量与光?这要从米制定义的变迁说起。

  作为长度单位的基准,米是7个基本单位之一,与非常多的导出单位均有关系,从熟知的面积、体积、压力、压强、照度、密度、力矩到比热容、表面张力、功率密度、电导率、黏度、导热系数、熵等。

  米的定义最早起源于1790年5月,以法国科学家组成的特别委员会建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位“米”,随后建立米原器,保存于法国档案局,这是最早的米原器,也称“档案米”。但米原器存在诸多缺点,如材料变形,计量精度低,复制品依据难等。

  随着原子物理与量子力学的发展,人们发现量子效应比宏观现象具有更好的不变性!如电子在原子中运动,当它受到外界作用时,其能量发生的变化是不连续的,只能在允许的能级之间跃迁。跃迁的能量变化ΔE=hν,式中h是一个恒定不变的量,称为普朗克常数。

  普朗克早在1906年就建议用基本物理常数来定义计量基本单位,但介于当时的计量精度,这个想法并不能实现。这是因为,虽然物理常量具有恒定性,但还需要考虑计量的精准性。

  20世纪50年代,随着同位素光谱光源的发展。发现了宽度很窄的氪-86同位素谱线,加上干涉技术的成功,人们终于找到了一种不易毁坏的自然标准,即以光波波长作为长度单位的自然基准。

  于是在1960年第十一届国际计量大会上,米的定义被变更为“米的长度等于氪-86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的 1650763.73倍”。

  米的定义更改后,国际米原器仍按原规定保存在国际计量局。

克尔盒法测光速

克尔盒法测光速

  随着科学技术的进步,70年代以来,对时间和光速的测定,都达到了很高的精确度。如铯-133原子的超精细结构分量之间的跃迁的频率现已用于定义时间单位秒,其频率复现性已达10-15量级;激光频率测量的准确度也已达到10-14量级。频率是当今人类测量中最准确的物理量。由于可同时准确测量高稳定激光波长λ和频率v,就能够通过с=λv来准确定出真空中的光速с,长度单位可以通过时间单位(频率的倒数)和光速с导出。

  因此在1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会上又通过了米的新定义:“米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度”。实际上,米是被定义为光在以铂原子钟测量的0.000000003335640952秒内走过的距离(取这个特别的数字的原因是,因为它对应于历史上的米的定义——按照保存在巴黎的特定铂棒上的两个刻度之间的距离)。这样,基于光谱线波长的米的定义就被新的米定义所替代了。从此人类对长度的计量上,有了一把绝对的尺子!

迈克尔逊用转动八面镜法测定光速

迈克尔逊用转动八面镜法测定光速

  介于新米制高度的稳定性和成熟的计量方法,法、俄、德等17个国家于1875年5月20日签署了《国际米制公约》。今年5月20日是国际米制公约签署40周年,以光速定义的米制实现了百年前普朗克提出的创想,代表着新的计量时代的开端!因此,今年世界计量日,将计量与光作为主题。因为自此之后,人类有了一把绝对的尺子,而这把尺子,来自宇宙开创之初的上帝!