现代科学离不开计算，计算就需要设计量及其单位。这其中，被世界各国公认的“国际单位制”的基本量、基本单位有7个，分别是：时间及其单位秒、长度及其单位米、质量及其单位千克、电流强度及其单位安培、物质的量及其单位摩尔、热力学温度及其单位开尔文、发光强度及其单位坎德拉。其他量的单位，都是从这些基本单位中推导出来的。

 1．国际单位制的起源

 相信大家都知道秦始皇统一度量衡的历史。在过去经贸和文化往来不是很普遍的情况下，人们对计量方式的关注度也不是很高，虽然世界各国采用的计量器具和方式各不相同，但各自相安无事。但随着世界经济和贸易的飞速发展，计量器械、计量方法越来越严重阻碍各国的经济发展的相互交往，统一世界各国计量单位制的问题被提到了议事日程上。

 “米制”是在18世纪末由法国创立的一种测量单位制，它以经过巴黎的地球子午线的四千万分之一作为长度单位，定名为米。法国政府根据科学家们实地测定敦刻尔克到巴塞罗那之间的地球子午线的弧长和给定体积纯水的重量的结果，制成铂基准米尺和铂基准千克，保存在法国巴黎档案局，并从法律上分别赋予这两个基准以“1米”和“1千克”的值。1875年，法﹑德﹑美﹑俄等十七国在巴黎签订《米制公约》，公认“米制”为国际通用的计量制度，并决定成立国际计量委员会和国际计量局，组织制造铂铱合金“米”和“千克”原器。

 “米制”在创立时的愿景即是“为全人类所用，在任何时代适用”。其初衷是用一种全球一致的“自然常数”而非某种主观的标准来定义单位，而这一点随着国际单位制的修订真正成为了现实。1960年第11届国际计量大会按决议，把长度、质量、时间、电流、热力学温度和发光强度6个量定名为国际单位制，以SI作为国际单位制通用的缩写符号；1971年第14届国际计量大会决议，决定在前面6个量的基础上，增加“物质的量”作为国际单位制的第7个基本量，并通过了以它们的相应单位作为国际单位制的基本单位。

 2．以实物原器为测量标准的问题

 自古以来，小到商品买卖，大到科学研究，实物计量一直是校准、衡量的主要手段。从“米制”到国际单位制的演变过程中，国际测量界就致力于建立一个“全球通用”的测量系统，并以实物作为测量基准。

 如前所述，长度的单位是以地球子午线的四千万分之一作为1米而定义的，科学家为此制造出了一根米原尺，保存在国际计量局。其他国家再将这个米原尺进行复制，带回到自己的国家，作为长度的基准，其他与长度有关的测量工具，都以这复制的米原尺为标准；质量的基准也是如此，国际计量局保存有一块铱合金圆柱体，此即“国际千克原器”的质量，其他国家的质量原器都是其复制品。

 但实物原器有一个很大的麻烦，就是其稳定性不够。就拿米原尺来说，一定会因为热胀冷缩而发生改变。在巴黎长度正好为1米的米原尺，到了温度比较高的非洲或者寒冷的南极或北极，长度就会发生一些变化。各国在复制原器的过程中，也会产生一些微小的误差，再加上长时间的放置所带来的磨损等问题，即使全球各地复制出来的原器都保存在相同的恒温环境里，这种误差也是不可避免的。据国际计量局数据显示，百年来各国保存的质量基准与国际千克原器的一致性共发生了约0.05毫克的变化。对老百姓来说，这样的误差不会有什么样的影响，但从科学研究来说却不可忽略，失之毫厘谬以千里。

 随着科学技术越来越飞速的发展以及越来越精细化，实物原器的误差对其所产生的影响也越来越不可忽视，于是，重新定义国际单位制的单位标准，势在必行。

 3．用常数来定义基本单位

 要保持基本单位的一致性和稳定性，就必须放弃现有的实物原器，采取新的测量标准。其实在此之前，已经有三个基本单位做出了改变。第一个是时间的单位“秒”，采用铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9,192,631,770倍为1秒的时间。有了“秒”的定义之后，长度的单位“米”就可以借助光速的测量值299792458米每秒反过来定义，1米为光在1/299792458秒内走过的距离。发光强度单位最初是用蜡烛来定义的，单位为烛光。现在的定义为：一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×10¹²赫兹的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1/683瓦特/球面度。

2018年11月16日，在第26届国际计量大会上，经各个成员国表决，通过了关于“修订国际单位制（SI）”的决议。根据决议，国际单位制基本单位中的其余4个——千克、安培、开尔文、摩尔分别改由普朗克常数、基本电荷常数、玻尔兹曼常数、阿佛加德罗常数定义。决议将于2019年国际计量日，即5月20日期正式生效。

 这样，国际单位制的“基石”完全建立在“常数”上，新定义用自然界恒定不变的“常数”替代了实物原器，保障了国际单位制的长期稳定性；“定义常数”不受时空和人为因素的限制，保障了国际单位制的客观通用性；新定义可在任意范围复现，保障了国际单位制的全范围准确性；新定义不受复现方法限制，保障了国际单位制的未来适用性。

 从2019年国际计量日开始，像国际千克原器等为世界科技服役了一百多年的实物原器将继续以原有状态保存在法国塞夫勒的布勒特伊宫地下保险箱内，为新定义相关研究和国际比对发挥“余热”，但它将不再出现于任何物理公式中。用基本常数作为我们认识和定义质量、时间等自然界基本概念的基础，意味着我们在深化科学认知、推动技术进步、解决许多社会重大挑战方面的基础更加坚实了。

 4．国际计量体系和格局迎来大变革

 SI的重新定义，将改变国际计量体系和现有计量格局。

 一是实现量值传递溯源链路扁平化。决议正式实施后，可通过嵌入芯片级量子计量基准，将能把最高测量精度直接赋予制造设备并保持长期稳定，从而实现对产品制造全过程的更准确稳定地感知和最佳控制，有力支撑流程再造、节能减排和质量提升等。这将为当前世界范围内正在进行的新一轮以信息技术、大数据和人工智能为特征的科技革命，插上飞翔的“翅膀”。

 二是将催生新的测量原理、测量方法和测量仪器。集多参量、高精度为一体的芯片级综合测量，不受环境干扰无需校准的实时测量，众多物理量、化学量和生物量的极限测量等将成为可能，测量仪器仪表形态将全面创新。

 三是将使得计量基准可随时随地复现。无处不在的精准测量，将直接促进市场公平交易、实现精准医疗、改善环保节能等等，将进一步促进社会诚信建设、降低社会管理成本，将惠及人类生产生活的方方面面，实现社会的全面进步。

 这是国际测量体系有史以来第一次全部建立在不变的常数上，保证了SI的长期稳定性和环宇通用性。就像1967年秒定义的修订使今天拥有了GPS和互联网技术一样，新SI将在未来对科学、技术、贸易、健康、环境以及更多领域产生深远影响。可以说，SI的修订是科学进步的一座里程碑。