近代物理學(xué)的發(fā)展是從經(jīng)典力學(xué)開始的，它研究宏觀物體的低速機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象和規(guī)律，可追溯到17世紀(jì)初。這時(shí)歐洲的科學(xué)發(fā)展迅速，物理學(xué)已開始發(fā)展成為一門測(cè)量科學(xué)，它逐步引入了“物理量”的概念。如質(zhì)量、力和加速度等，用它們之間的相互關(guān)系描述物理現(xiàn)象。英國(guó)物理學(xué)家牛頓深入研究了經(jīng)典力學(xué)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律和初步的唯象理論，發(fā)現(xiàn)了它的基本規(guī)律，以牛頓三定律和萬(wàn)有引力定律表示，奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)。在這些定律中，物理量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系可看作是某個(gè)物理量的定義，也可看作是一種現(xiàn)象或物質(zhì)性質(zhì)的定義。因而，近代計(jì)量學(xué)的發(fā)展是與近代物理學(xué)同步發(fā)展和互相促進(jìn)的。當(dāng)物理量的測(cè)量知識(shí)逐漸形成科學(xué)體系，計(jì)量學(xué)就從實(shí)驗(yàn)科學(xué)中分離出來(lái)，成為一門提高物理量量化精確性的科學(xué)。隨著天文學(xué)、數(shù)學(xué)、原子物理和量子物理學(xué)的不斷發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化不斷進(jìn)步，近代計(jì)量學(xué)的研究對(duì)象擴(kuò)展，專業(yè)門類增多，量程從宏觀拓寬到微觀領(lǐng)域。計(jì)量學(xué)的內(nèi)容更加完備，通?？梢愿爬?計(jì)量單位和單位制；計(jì)量器具(包括基準(zhǔn)器和標(biāo)準(zhǔn)器)；量值傳遞和溯源；物理常數(shù)、材料和物質(zhì)特性的測(cè)定；不確定度、數(shù)據(jù)處理和測(cè)量理論及其方法；計(jì)量法制管理等方面。從計(jì)量的社會(huì)功能可分為科學(xué)計(jì)量、工程計(jì)量和法制計(jì)量。如果從伽利略到牛頓時(shí)期的近代科學(xué)革命算起，近代計(jì)量學(xué)已有300多年的歷史，大致可分以下三個(gè)階段。

　　一、近代計(jì)量學(xué)和米制的創(chuàng)立

　　16世紀(jì)末近代科學(xué)開始興起。17世紀(jì)30年代，近代物理學(xué)之父意大利科學(xué)家伽利略做了著名的落體實(shí)驗(yàn)和斜面滑球?qū)嶒?yàn)，論證了自由落體運(yùn)動(dòng)是勻加速運(yùn)動(dòng)，物體下落的快慢與物體的質(zhì)量無(wú)關(guān)，斜面上小球運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間成正比，運(yùn)動(dòng)距離與時(shí)間的二次方成正比。1653年，法國(guó)物理學(xué)家帕斯卡發(fā)明了帕斯卡定律，1663年，英國(guó)化學(xué)家、物理學(xué)家波意爾創(chuàng)立了波意爾定律。英國(guó)物理學(xué)家牛頓，在開普勒定律的基礎(chǔ)上，于1685年完成了萬(wàn)有引力定律和機(jī)械運(yùn)動(dòng)三定律的論證和描述，建立起完整的經(jīng)典力學(xué)體系。牛頓力學(xué)對(duì)熱學(xué)、電磁學(xué)等的研究產(chǎn)生重大影響，也為近代計(jì)量學(xué)的創(chuàng)建和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展奠定了基石。在近代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，逐步確立了許多物理量，如:質(zhì)量、力、長(zhǎng)度、能量、速度、時(shí)間、加速度、壓力、溫度等；創(chuàng)造了許多測(cè)量?jī)x器和裝置，如天平、溫度計(jì)、脈搏計(jì)、望遠(yuǎn)鏡等。但是，科學(xué)家們都越來(lái)越受到多種物理量單位制的雜亂和無(wú)規(guī)律的擾亂，無(wú)法準(zhǔn)確地交流他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，迫切需要確立能在國(guó)際間通用的物理量單位及其標(biāo)準(zhǔn)。定量研究熱現(xiàn)象的第一個(gè)標(biāo)志是測(cè)量物體的溫度。1593年，伽利略利用空氣受熱膨脹和遇冷收縮的原理制作了以空氣作為測(cè)溫物質(zhì)的第一支溫度計(jì)，但沒有固定的刻度。此后，又出現(xiàn)了以酒精或水銀為測(cè)溫物質(zhì)的玻璃溫度計(jì)，但因重復(fù)性不夠好，并未形成測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。1665年荷蘭物理學(xué)家惠更斯提出以冰或沸水的溫度作為計(jì)量溫度的參考點(diǎn)。1703年，丹麥學(xué)者羅默則選用冰、水和食鹽的混合溫度作為零點(diǎn)。1714年，德國(guó)物理學(xué)家華倫海脫首先用水銀制成了數(shù)值穩(wěn)定的溫度計(jì)，水銀的使用大大擴(kuò)展了測(cè)量范圍，他選定了兩個(gè)參考點(diǎn):以氯化銨與冰水混合物的溫度為零華氏度，以人體的溫度為96華氏度，中間分為96等分。后來(lái)，又作了調(diào)整，以水的沸點(diǎn)為212華氏度，純水的冰點(diǎn)為32華氏度。調(diào)整后的人體溫度為98.6華氏度，至今一些西方國(guó)家仍沿用這種華氏溫標(biāo)。1742年，瑞典物理學(xué)家攝爾西斯，提出了一個(gè)新的測(cè)溫系統(tǒng)，以水銀為測(cè)溫物質(zhì)，將水的沸點(diǎn)定為零攝氏度，冰點(diǎn)定為100攝氏度，成為百分度的溫標(biāo)。8年以后，他的同事建議把標(biāo)度顛倒過來(lái)，這就是著名的攝氏溫標(biāo)，至今仍得到國(guó)際上的廣泛應(yīng)用。測(cè)溫單位和溫標(biāo)的建立，充分說明近代物理學(xué)促進(jìn)了近代計(jì)量學(xué)的發(fā)展。

　　另一方面，在17世紀(jì)和18世紀(jì)期間，歐洲一些國(guó)家沿用各種不同的法定度量衡單位。法國(guó)于15世紀(jì)末，以利佛(livre，約合490克)為重量單位，1670年前后，又使用脫瓦斯(Toise，約合1.95米)為長(zhǎng)度單位，1/6脫瓦斯為1(法國(guó))尺(pied，約合32.5厘米)。1603年，英國(guó)使用磅(pound，約合454克)，1/16磅為1盎司(ovnce，約合28.35克)；碼(yard，約合0.9144米)，1/3碼為1英尺(foot，約合30.5厘米)，1/12英尺為1英寸(inch，約合2.54厘米)。這和歐洲當(dāng)時(shí)迅速發(fā)展的工業(yè)、貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)交流的需要極不適應(yīng)。

　　從18世紀(jì)50年代起，法國(guó)科學(xué)家們開始尋找一個(gè)適用于世界各國(guó)的通用單位，以便以它為基礎(chǔ)得到一種在所有國(guó)家都能使用的計(jì)量單位制。1790年，法國(guó)國(guó)民議會(huì)責(zé)成科學(xué)院組成計(jì)量改革委員會(huì)。次年，委員會(huì)提議以赤道到北極的子午線的千萬(wàn)分之一為基本長(zhǎng)度單位，并成立了測(cè)量子午線、計(jì)算、試驗(yàn)擺的振動(dòng)、研究蒸餾水的重量以及比較古代計(jì)量制度五個(gè)小組。1793年，委員會(huì)又提議使用已有的測(cè)量結(jié)果盡快建立新的計(jì)量制度。1795年4月7日，國(guó)民議會(huì)頒布新的度量衡制度:采用十進(jìn)制；米的長(zhǎng)度以自北極到赤道段經(jīng)過巴黎的子午線的一千萬(wàn)分之一為標(biāo)準(zhǔn)；質(zhì)量單位以1立方分米溫度為攝氏4度純水在真空中的質(zhì)量。1799年，測(cè)繪學(xué)家的大地測(cè)量工作最終完成，鑄出了純鉑米和千克原器。同年12月10日，頒布法律確定米和千克的值。1801年，政府下令改用新制，但遇到許多阻礙，至1812年，拿破侖·波拿巴廢新復(fù)舊，以順民情。其后科學(xué)文化日進(jìn)，1837年7月4日的法令終于確定法國(guó)從1840年1月1日開始實(shí)行“米制”。為紀(jì)念這一盛事，制作了紀(jì)念章，如圖1所示。上面寫著:“永遠(yuǎn)為人類服務(wù)”。“米”是近代計(jì)量學(xué)中第一個(gè)以自然物為基準(zhǔn)的單位，法國(guó)政府和法國(guó)科學(xué)家從提出方案、測(cè)量子午線到制作米原器和千克原器，以至在全民中通行米制單位，前后用了50年時(shí)間，為計(jì)量學(xué)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。    [page_break]

　　二、從《米制公約》到國(guó)際單位制的建立

　　19世紀(jì)初期，英國(guó)工業(yè)革命蓬勃發(fā)展，法國(guó)也開始了工業(yè)革命，從19世紀(jì)70年代起，德國(guó)發(fā)生了以電力的廣泛使用為標(biāo)志的第二次工業(yè)革命。19世紀(jì)的自然科學(xué)經(jīng)歷了突飛猛  進(jìn)的發(fā)展，科學(xué)家受牛頓力學(xué)的影響，在實(shí)驗(yàn)科學(xué)中取得許多重大突破，如:焦耳定律、卡諾熱循環(huán)理論、安培電流定律、法拉第電磁感應(yīng)理論、麥克斯韋電磁場(chǎng)理論、拉瓦錫氧的發(fā)現(xiàn)和氧化學(xué)說等。相繼建立起熱力學(xué)、電磁學(xué)、化學(xué)等學(xué)科并得到了技術(shù)應(yīng)用。數(shù)學(xué)長(zhǎng)足進(jìn)步，不斷推出新概念和新方法。天文學(xué)、地學(xué)有很大發(fā)展。光學(xué)、生物學(xué)、有機(jī)化學(xué)也隨之興起?？茖W(xué)的進(jìn)步為計(jì)量學(xué)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。

　　19世紀(jì)初，米制開始向世界普及。1820年，米制先由歐洲幾個(gè)低地國(guó)家(荷蘭、比利時(shí)、盧森堡)所采用，接著西班牙、哥倫比亞、墨西哥、葡萄牙、意大利以及很多其它國(guó)家相繼采用。1851年，第一屆萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)(世界博覽會(huì))在倫敦舉辦。會(huì)上，展出的巴黎工藝院米尺，參觀者及見此精良制造之尺，十分驚喜，認(rèn)為必須有統(tǒng)一的度量衡制，才能對(duì)陳列品比較其優(yōu)劣、評(píng)定其價(jià)值。1855年，在巴黎的一次國(guó)際會(huì)議上，與會(huì)者創(chuàng)議設(shè)立度量衡研究會(huì)，推行米制。同年，巴黎萬(wàn)國(guó)工藝博覽會(huì)審查委員會(huì)開會(huì)討論實(shí)行米制辦法，要求委員們“各盡心力，勸告本國(guó)政府及有識(shí)之士，推行米制，以謀公益”。1864年，英國(guó)允許米制單位同英制單位并用。同年，德國(guó)也全部采用米制。1867年，巴黎世界博覽會(huì)期間，在世界工業(yè)巨大發(fā)展的強(qiáng)烈影響下，一批科學(xué)家創(chuàng)建了度量衡和貨幣委員會(huì)，專門研究和推動(dòng)兩者的世界統(tǒng)一任務(wù)。可見當(dāng)時(shí)統(tǒng)一世界計(jì)量單位制已是大勢(shì)所趨。1869年，法國(guó)政府邀請(qǐng)?jiān)S多國(guó)家派代表參加“國(guó)際計(jì)量委員會(huì)”。1870年8月，有24個(gè)國(guó)家派了代表到巴黎開會(huì)，后因普法戰(zhàn)爭(zhēng)會(huì)議中止。1872年，由30個(gè)國(guó)家的代表繼續(xù)開會(huì)，再次肯定上次會(huì)議關(guān)于制造米和千克新原器并向各與會(huì)國(guó)提供復(fù)制品的決議。1875年3月1日，法國(guó)政府召開“米制外交會(huì)議”。5月20日，17個(gè)國(guó)家的全權(quán)代表簽署了《米制公約》，決定成立國(guó)際計(jì)量局(BIPM)，這是計(jì)量學(xué)走向國(guó)際統(tǒng)一的里程碑。

　　1875年《米制公約》簽訂以后，新成立的國(guó)際計(jì)量局在“國(guó)際計(jì)量委員會(huì)(CIPM)”的領(lǐng)導(dǎo)下集中全力準(zhǔn)備米和千克原器和各種復(fù)制品的制造工作并籌備第1屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)。1889年，第1屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)(CGPM)召開。會(huì)議明確“議定必要的措施，并督促實(shí)施，以保證米制的現(xiàn)代形式——國(guó)際單位制的普及和改進(jìn)”為它的主要任務(wù)。就在這次會(huì)上，批準(zhǔn)了米和千克兩個(gè)單位的定義:
    1.長(zhǎng)度單位米的定義:“長(zhǎng)度的單位是米。規(guī)定為國(guó)際計(jì)量局所保存的鉑銥尺上的兩條中間刻線的軸線在0°C時(shí)的距離，這根鉑銥尺已被國(guó)際計(jì)量大會(huì)宣布為米原器，保存在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，放在兩個(gè)對(duì)稱地、置于同一水平面上并相距571毫米的直徑至少為1厘米的圓柱上”。
    

    圖1  米制紀(jì)念章圖案

　　2.質(zhì)量單位千克的定義也在這次大會(huì)同時(shí)通過，采用鉑銥合金制的圓柱體砝碼為千克的定義。1901年，第3屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)進(jìn)一步明確作了以下規(guī)定:
　　(1)千克是質(zhì)量單位，它等于國(guó)際千克原器的質(zhì)量；
　　(2)“重量”一詞表示的量與“力”的性質(zhì)相同；物體的重量是該物體的質(zhì)量與重力加速度的乘積；特別是，一個(gè)物體的標(biāo)準(zhǔn)重量是該物體的質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)重力加速度的乘積(這條規(guī)定現(xiàn)已不再適用)。質(zhì)量單位最初的定義也源于米，千克砝碼是根據(jù)1立方分米水在密度最大時(shí)的的質(zhì)量制作的。當(dāng)然米尺和千克砝碼在1889年得到國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式批準(zhǔn)后，已成獨(dú)立的定義，不再依賴于地球子午線的四千萬(wàn)分之一的長(zhǎng)度和1立方分米水的質(zhì)量。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，時(shí)間單位秒的定義也依賴于地球。第一次定義是在1820年，科學(xué)家根據(jù)觀測(cè)地球自轉(zhuǎn)和繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期來(lái)確定時(shí)間，因?yàn)槿藗兊挠?jì)時(shí)習(xí)慣是與1晝夜時(shí)間密切相關(guān)的，而一年中每個(gè)晝夜的長(zhǎng)短各不相同，故用平均的晝夜時(shí)間即平太陽(yáng)日進(jìn)行定義，即
　　1秒=1平太陽(yáng)日/86400
　　這樣定義的秒亦稱平太陽(yáng)秒。在隨后的約一個(gè)世紀(jì)內(nèi)，均未發(fā)現(xiàn)地球自轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性。1930年，出現(xiàn)了振蕩周期非常穩(wěn)定的石英晶體振蕩器，由此發(fā)現(xiàn)了平太陽(yáng)秒的變化約為1×10^-8量級(jí)，即一晝夜約有1ms的變化。為了避免地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)不均勻?qū)γ攵x的影響，因此于1960年對(duì)秒作第二次定義時(shí)，是用1900年的回歸年，即歷書上的特定的回歸年進(jìn)行定義的，即
　　1秒=1回歸年/31 556 925.9747
　　這樣定義的秒，亦稱歷書秒，比第一次定義的準(zhǔn)確度高一個(gè)量級(jí)，達(dá)到1×10^-9。1901年，在電磁學(xué)發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用的背景下，意大利的G. G. 喬吉倡導(dǎo)建立米、千克、秒單位制與一個(gè)實(shí)用的電單位(例如電壓或電阻單位)結(jié)合起來(lái)，建立以四個(gè)基本單位為基礎(chǔ)的一貫單位制。1921年，第6屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)修訂了《米制公約》，確定了建立和保存電學(xué)單位基準(zhǔn)，并組織各國(guó)的基準(zhǔn)比對(duì)。

　　在此期間，由于熱力學(xué)和測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展，已開始了建立溫度標(biāo)準(zhǔn)的工作。在18世紀(jì)華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)的基礎(chǔ)上，1824年，法國(guó)工程師卡諾(S.Carnot)提出了熱機(jī)中的卡諾循環(huán)原理。1848年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜(W.Thomson)用卡諾循環(huán)中熱功與溫度成正比的公式，提出了建立熱力學(xué)溫標(biāo)的方案，并以復(fù)現(xiàn)性很好的水的三相點(diǎn)為參考點(diǎn)。1854年，開爾文建議用上述方案建立熱力學(xué)溫標(biāo)。1840年，美國(guó)的愛迪生發(fā)明了電燈，人類在生產(chǎn)和生活上逐漸進(jìn)入一個(gè)電氣化的新時(shí)代。1860年，英國(guó)率先規(guī)定了發(fā)光強(qiáng)度的單位，這是在電燈發(fā)明前所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)光源——燭光，即采用一支標(biāo)準(zhǔn)蠟燭的發(fā)光強(qiáng)度作為單位，稱為燭光(candel)。1909年，美、英、法等國(guó)決定用一組碳絲白熾燈代替蠟燭成為發(fā)光強(qiáng)度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，取名為國(guó)際燭光。

　　由此可見，從19世紀(jì)中期至20世紀(jì)初期的半個(gè)多世紀(jì)內(nèi)，在一批物理學(xué)家和工程技術(shù)名家的共同努力下，已先后建立起長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量、電單位、溫度和光度等6個(gè)單位的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，為今后建立更加完善的國(guó)際單位體系奠定了良好的科學(xué)基礎(chǔ)。

　　1948年，第9屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)確定了以電流單位(安培)作為第四個(gè)基本單位，而電壓和電阻單位作為導(dǎo)出單位，但可以作為復(fù)現(xiàn)電單位的根據(jù)。

　　1960年，第11屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)將基于米、千克、秒、安培、開爾文和坎德拉等6個(gè)基本單位的單位制命名為國(guó)際單位制(SI)。1971年，第14屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)又通過了物質(zhì)的量的單位——摩爾的定義，并決定摩爾為國(guó)際單位制7個(gè)基本單位之一，使以7個(gè)基本單位為基礎(chǔ)的國(guó)際單位制得到了進(jìn)一步完善。[page_break]

　　三、國(guó)際單位制的發(fā)展和測(cè)量及校準(zhǔn)結(jié)果的國(guó)際多邊互認(rèn)

　　以7個(gè)基本單位為基礎(chǔ)的國(guó)際單位制的建立標(biāo)志著計(jì)量學(xué)發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段，它實(shí)現(xiàn)了計(jì)量單位在各國(guó)、各地區(qū)以及科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)各領(lǐng)域中的廣泛通用的目標(biāo)。雖然，美國(guó)目前尚使用部分英制單位，但以國(guó)際計(jì)量大會(huì)、國(guó)際計(jì)量委員會(huì)為權(quán)威單位的一切文件、決定和國(guó)際推薦值，均一律采用國(guó)際單位制。我國(guó)于1984年，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于在我國(guó)統(tǒng)一實(shí)行法定計(jì)量單位的命令》，在其后頒布的計(jì)量法中，也明文規(guī)定采用國(guó)際單位制。從此，沿用了幾千年的尺、寸和斤、兩已為米和千克代替。采用國(guó)際單位制是我國(guó)計(jì)量領(lǐng)域與國(guó)際全面接軌的重大舉措。

　　自1960年以來(lái)，計(jì)量單位的定義有以量子物理為依據(jù)、以基本物理常數(shù)為基礎(chǔ)的明顯趨勢(shì)。一些基本單位和導(dǎo)出單位在采用新定義后，其復(fù)現(xiàn)的準(zhǔn)確度有了大幅度的提高。

　　1.時(shí)間單位的定義

　　在經(jīng)歷了根據(jù)地球運(yùn)轉(zhuǎn)的平太陽(yáng)秒和歷書秒的兩次定義后，20世紀(jì)70年代采用了銫原子的量子躍遷的定義。1967年第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過了新的秒定義:“秒是銫 -133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射的9 192 631 770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間”。在銫原子鐘的發(fā)展中，經(jīng)歷了用磁選態(tài)、激光選態(tài)和原子噴泉等三種方案來(lái)激勵(lì)定義中的輻射躍遷，它們使秒定義的復(fù)現(xiàn)不確定度分別達(dá)到了1×10^-13、1×10^-14和1×10^-15的量級(jí)。使時(shí)間頻率的測(cè)量達(dá)到整個(gè)計(jì)量基本單位復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確度的頂峰。

　　2.長(zhǎng)度單位的定義

　　在經(jīng)歷了用鉑銥米尺(1889)和氪86橙黃譜線(1960)的兩次定義后，1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過了米的新定義:“米是光在真空中在1/299 792 458秒的時(shí)間間隔內(nèi)行程的長(zhǎng)度”。這個(gè)定義有三種復(fù)現(xiàn)方法:第一種方法是用平面電磁波在真空中行進(jìn)的距離，即l=ct,式中l(wèi)為距離，c為真空中光速，其國(guó)際約定值為c=299 792 458 m/s，t為平面波行進(jìn)的時(shí)間；第二種方法是采用公式:λ=c/f, 式中f為激光或其他平面電磁波的頻率，λ為其相應(yīng)的真空中波長(zhǎng)，λ可通過光速c和頻率f得出，由此成為復(fù)現(xiàn)長(zhǎng)度單位米的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)；第三種方式是用國(guó)際上推薦的標(biāo)準(zhǔn)頻率值和相應(yīng)的真空波長(zhǎng)值。

　　2001年國(guó)際長(zhǎng)度咨詢委員會(huì)(CCL)公布的國(guó)際推薦頻標(biāo)值已達(dá)13類，其頻率或波長(zhǎng)的不確定度為10^-11～10^-14量級(jí)，其中不確定度最小的為氫原子1S～2S躍遷的頻率，不確定度達(dá)1.4×10^-14。

　　1999年以來(lái)，由于光頻測(cè)量技術(shù)出現(xiàn)了革命性的突破，近30年來(lái)使用的諧波測(cè)量的龐大而復(fù)雜的測(cè)頻系統(tǒng)，可以用飛秒鎖模激光器的光頻梳來(lái)代替，由于后者在測(cè)量中從微波頻率可直接與光波頻率建立聯(lián)系，測(cè)量方法上的簡(jiǎn)化，測(cè)量準(zhǔn)確度的提高，使這項(xiàng)技術(shù)在兩、三年中的成就已遠(yuǎn)超過過去30年來(lái)測(cè)量成就的總和。它使光頻標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量和復(fù)現(xiàn)精度的潛力得到了充分的發(fā)揮。目前以該項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ)，已開始了研制光鐘的熱潮，預(yù)期光鐘的頻率復(fù)現(xiàn)性可達(dá)10^-15至10^-18的量級(jí)，它將代替銫原子鐘成為新的時(shí)間單位定義的基礎(chǔ)，也將使計(jì)量基本單位的復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確度攀登上新的頂峰。

　　3.其他單位的概況

　　由于約瑟夫森效應(yīng)和量子化霍爾效應(yīng)在復(fù)現(xiàn)電單位上應(yīng)用的成功，1990年國(guó)際上正式采用了這兩個(gè)量子效應(yīng)來(lái)復(fù)現(xiàn)電壓和電阻單位，并成為復(fù)現(xiàn)電流單位安培的基礎(chǔ)。

　　質(zhì)量單位千克是保持1889年首次定義的惟一的基本單位，它的復(fù)現(xiàn)性為10-9量級(jí)。目前，國(guó)際上正在積極研究用原子物理或量子物理的方法來(lái)代替實(shí)物基準(zhǔn)的途徑。

1967年，第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過了溫度單位的定義為:“熱力學(xué)溫度單位開爾文是水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16”。這個(gè)定義與以前定義的差別是，將原來(lái)的開氏度(°K)改為開爾文(K)，這個(gè)更改使熱力學(xué)溫標(biāo)已無(wú)必要，使溫度表示從溫標(biāo)的地位上升到單位量。

　　1971年，物質(zhì)的量的單位摩爾成為最晚確立的一個(gè)基本單位，它的定義是:“摩爾是一系統(tǒng)的物質(zhì)的量，該系統(tǒng)所包含的基本單元數(shù)與0.012千克碳-12 原子數(shù)目相等?！边@個(gè)定義是聯(lián)系宏觀質(zhì)量單位與微觀粒子(原子、分子、電子等)質(zhì)量之間的橋梁。因?yàn)樵诨玖Ｗ游锢韺W(xué)中，微觀粒子的質(zhì)量通常是以u(píng)為單位的。u稱為統(tǒng)一的原子質(zhì)量單位，1u=mu(¹²C)/12，即碳12原子質(zhì)量的1/12。

　　微觀粒子的質(zhì)量在用u表示時(shí)稱為相對(duì)原子質(zhì)量，目前的測(cè)量不確定度在10^-8～10^-11之間，多數(shù)量值的不確定度均可低于作為基本單位千克的不確定度。

　　4.基本物理常數(shù)的精密測(cè)量及其在定義計(jì)量單位中的作用

　　基本物理常數(shù)是指自然界的一些普遍適用的常數(shù)，它們不隨時(shí)間、地點(diǎn)或環(huán)境條件的影響而變化。基本物理常數(shù)的引入和發(fā)展是物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)縮影，曾對(duì)物理學(xué)定律的確立，聯(lián)系整個(gè)物理世界的規(guī)律起到了不可替代的重大作用。近年來(lái)，它在定義計(jì)量基本單位或重要的導(dǎo)出單位方面又起到了關(guān)鍵作用。例如，1983年新的米定義中采用了真空中光速c的約定值，1990年采用的電壓和電阻單位的定義中采用了約瑟夫森常數(shù)Kj和馮·克里青常數(shù)Rk的約定值，質(zhì)量單位的未來(lái)定義也要用到有關(guān)的基本常數(shù)，摩爾的定義中用到了阿伏伽德羅常數(shù)NA，其他基本單位未來(lái)的定義中也將會(huì)采用一些有關(guān)的基本物理常數(shù)。

　　基本物理常數(shù)的精密測(cè)量是一項(xiàng)規(guī)模巨大、涉及面極廣的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)性研究工作，自1973年以來(lái)，國(guó)際科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)委員會(huì)(簡(jiǎn)稱CODATA)曾發(fā)布了三次國(guó)際推薦值，最近的一次數(shù)據(jù)是1998年推薦，1999年底正式公布的，它包括的基本物理常數(shù)及其組合量約有175個(gè)之多，這些常數(shù)之間構(gòu)成了一個(gè)自洽的關(guān)系，用最小二乘法平差協(xié)調(diào)它們成為一個(gè)有機(jī)的組合。

　　由于基本物理常數(shù)是物理量中一些恒定的數(shù)值，它反映了物理學(xué)的規(guī)律，因此可以利用這些數(shù)值來(lái)確定計(jì)量基本單位之間或與重要的導(dǎo)出單位之間的有機(jī)聯(lián)系，使國(guó)際單位制成為一個(gè)彼此相關(guān)的整體，目前的方法是用時(shí)間(頻率)單位，通過一些常數(shù)與其他基本單位(或?qū)С鰡挝?建立聯(lián)系，從而確立這些單位的定義。這在長(zhǎng)度單位和電單位的定義或復(fù)現(xiàn)上已經(jīng)取得了成功。這種發(fā)展趨勢(shì)在本世紀(jì)將會(huì)有更加富有成效的發(fā)展。

　　近代計(jì)量學(xué)發(fā)展的另一個(gè)重要進(jìn)展，是在建立測(cè)量和校準(zhǔn)結(jié)果的國(guó)際多邊互認(rèn)制度方面。1985年，英國(guó)率先成立了全國(guó)統(tǒng)一的國(guó)家認(rèn)可機(jī)構(gòu)。這是由國(guó)家法律或政府授權(quán)的一個(gè)權(quán)威性公正機(jī)構(gòu)，依據(jù)正式發(fā)布的認(rèn)可要求，對(duì)認(rèn)證機(jī)構(gòu)、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)(測(cè)試實(shí)驗(yàn)室)或人員等從事的有關(guān)測(cè)量的能力實(shí)施評(píng)定，對(duì)符合要求的機(jī)構(gòu)或人員進(jìn)行注冊(cè)，并向社會(huì)公布，證明被認(rèn)可(注冊(cè))的機(jī)構(gòu)或人員具備相應(yīng)能力的活動(dòng)。這是由權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)組織從事檢驗(yàn)、檢查、認(rèn)證等評(píng)價(jià)活動(dòng)的能力給予正式承認(rèn)的程序。

　　近年來(lái)，這種制度逐漸在國(guó)際上推廣使用。世界各國(guó)的評(píng)定機(jī)構(gòu)之間，在按照規(guī)定的規(guī)則程序，通過國(guó)際評(píng)審，證明合格評(píng)定過程的等效性的基礎(chǔ)上，相互接受合格評(píng)定的結(jié)果。這種相互承認(rèn)活動(dòng)可以在國(guó)家、區(qū)域和國(guó)際三個(gè)層次上進(jìn)行，通過簽訂雙邊或多邊相互承認(rèn)協(xié)議加以規(guī)定和實(shí)施。1997年至1998年間，由國(guó)際計(jì)量局在巴黎召開了兩次《米制公約》成員國(guó)國(guó)家計(jì)量院院長(zhǎng)會(huì)議，簽署了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量證書的互認(rèn)協(xié)議，并在成員國(guó)之間開展100多項(xiàng)的關(guān)鍵比對(duì)，以利于實(shí)現(xiàn)量值的國(guó)際統(tǒng)一。國(guó)際上在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及多邊貿(mào)易的發(fā)展方面可以具有統(tǒng)一的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和單位量，正朝著近代計(jì)量學(xué)的最終目標(biāo)——以最高準(zhǔn)確度統(tǒng)一全世界的物理測(cè)量大步邁進(jìn)。

　　2000年10月17日，國(guó)際計(jì)量委員會(huì)隆重舉行國(guó)際計(jì)量局成立125周年紀(jì)念大會(huì)，總結(jié)一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)從近代計(jì)量學(xué)發(fā)展到現(xiàn)代計(jì)量學(xué)所取得的輝煌成就。
　　本文在成稿中，得到羅振之和邱隆兩位同志的補(bǔ)充和修改，在此表示衷心的感謝。
　　 (作者為計(jì)量測(cè)試高技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研究員)