计量,敲开科技创新的“未来之门”(科技大观)

电子秤准不准?水电燃气表为何偶尔会跑出个“巨额数字”?开车时导航何以能实时定位?日常生活的许多方面其实都与计量有关。5月20日是“世界计量日”,计量如空气,不被感知,却时刻在人们身边。

计量是指实现单位统一、量值准确可靠的活动,在我国历史上被称为“度量衡”。随着生产科学技术发展,现代计量已发展成覆盖长度热学力学电磁学、无线电、时间频率电离辐射光学声学、化学等十大类的独立学科,计量的定义也拓展到测量的科学及其应用。

计量伴随着工业革命的出现而迅猛发展,同时又支撑了工业生产的持续进步。第一次工业革命中,温度力值的测量推动了蒸汽机的研发,蒸汽机的应用又加快了对温度和压力测量的需求。第二次工业革命以电力的广泛应用为代表,电学指标的测量加速了对电特性的研究,电工仪表从简陋的电磁指示装置,改进为完善的高精度电特性仪表。20世纪四五十年代,在信息、新能源、新材料、生物、空间技术和海洋技术等诸多领域,掀起了信息控制技术革命。在其推动下,计量朝着极大、极小、极高和极低的高精度发展,促进了纳米技术航天技术等现代科技的突飞猛进。原子能、半导体电子计算机等新技术的广泛应用,推动计量的宏观实物基准逐步向量子基准过渡,遥感技术智能技术、在线检测技术相继取得了新突破。可以说,计量的每一次飞跃,都给科学技术创新、科学仪器进步和相关领域测量的拓展带来巨大推动力量。

2018年,第二十六届国际计量大会表决通过了关于“修订国际单位制(SI)”的决议,计量单位制和计量基准发生了革命性变化。根据决议,SI基本单位中的千克、安培开尔文摩尔,分别改由量子计量技术支撑的常数定义。以千克为例,此前一个多世纪,1千克等于国际计量局保存的国际千克原器“大K”的质量。一旦“大K”的实物质量发生变化,那么单位千克也会发生变动,并波及一系列相关单位。这些变动“牵一发而动全身”,各行各业都将不得不重新检视已有的标准,而常数定义方式完美解决了这一问题。就像1967年用原子的特性修订了时间单位“秒”的定义,使人类今天拥有了卫星导航和互联网技术一样,4个基本单位的重新定义将对科学、技术、贸易、健康、环境等领域产生深远影响。

科技发展,计量先行。计量不仅是科学技术的先导和保障,也是守护人民群众生命健康的重要基础。今年世界计量日的主题是“测量守护健康”。在医疗卫生领域,小到身体检查和药物服用剂量的确定,大到疫苗开发过程中对复杂蛋白和RNA分子的准确识别和测量,医学计量都是确保医疗设备准确可靠的必要手段。在环境保护领域,计量为大气水质、土壤、辐射环境等污染监测治理提供支撑,是守护绿水青山的“火眼金睛”。在食品安全领域,无公害食品需要在生产、包装、运输、销售等各环节,对有害物质进行精准计量检测,才能满足公众对饮食健康的期待。未来,计量还有望推动我国生物医药领域数字诊疗装备国产化高端化品牌化,引领和促进健康产业高质量发展。

(作者为国际计量委员会委员、中国计量科学研究院副院长)