李新声
陕西省计量科学院，陕西，710068
摘要：2019年新国际单位制正式生效。新国际单位制全部以自然常数重新定义，新定义不再依赖任何实物计量基准，使国际单位制更具稳定性和普适性。我们以此为契机讨论时间频率精密计量对整个计量行业及人类社会发展的重大意义。
关键词：国际单位制；时间频率计量；原子钟；远程溯源
一、国际单位制的新定义
2019年5月20日起新国际单位制正式生效。从此，基本单位溯源脱离了对实物量具的依赖，所有SI测量单位都用自然界的基本法则来定义，这是国际单位制的一次最重大的变革，是一个历史性的里程碑。新定义将对整个计量行业及人类社会发展的产生最大的影响。
从这天起，对秒的最新重新定义即将生效：符号s，SI的时间单位。当铯的频率，即铯-133原子基态的超精细能级跃迁频率以单位Hz（即s-1）表示时，将其固定数值取为9192631770来定义秒。[1]
在新的国际单位制中时间频率的单位秒的定义为其本身，不依赖于其它单位。在七个基本单位中，时间的单位“秒”具有超然的地位，因为它的测量准确度最高，且能够导出米、安培、千克、开尔文和坎德拉等其它几个单位，所以秒是构建新SI的基础，可称新的国际单位为秒制单位制。[2]
二、时间频率计量现状
世界上铯原子钟由英国国家物理研究院于1955年建造，目前仍然是最常见的原子钟，新国际单位制仍以铯原子中来定义秒，我国的北斗系统卫星也是用铯原子钟作为时基。在此之后，科学家又相继研发出的铷原子钟，汞原子钟，锶原子钟等。近三十年来，随着激光冷却和陷俘原子的技术的发明和发展，又催生了冷原子钟和光钟的诞生，更使准确度由10-14，10-15一举跃入10-16，10-17，甚至10-18，对科学和技术的发展产生了重要影响。[4]
三、时间频率精密计量的重大意义
1．提升计量发展
新国际单位制首先改变的就是计量行业，在新的国际单位制中时间频率量值的重要性不断提升，它是目前人们可以获得的准确度最高的基本值，且可以由时间频率量和基本物理常数推导出除摩尔以外的其它基本值。最新定义与1967年的秒定义相比只有文字结构上的变化，并没有采用原子钟取得的最新成果来更新定义秒，随着科学技术的进步，时间频率定义的改变可能使基本单位的数目进一步减少。同时，由于时间频率量是唯一可以实现卫星远程量值传递和溯源，对于其他基本量的计量校准，也将产生深远的影响，实现所有基本量的远程计量校准的目标也许指日可待。
2.保障国计民生
现代人类社会高度依赖精确时间系统，作为国家时间服务的实验室以高精度的原子钟组作为频率源，经频率控制而产生自行产生接近于国际UTC 的标准时间信号，使得我国与国际时间系统保持一致，即通过守时授时为国民提供标准时间服务。
[4]
交通管理部门，医院，电力管理部门都依靠建立同步时间系统使整个局域网所有计算机设备统一标准时间，各关键部门都可以获得精确、统一的时间源，为数字化管理提供精确时间保证，保证医疗系统，交通系统，电力系统运行顺畅，同时电力部门还可依靠精确时间系统溯源雷击浪涌时间以判断灾害发生地点。由此可见，高精度时间频率计量能更好保障国家平稳发展，人民安居乐业。
3，支持新兴产业
导航和通讯对计时准确性的要求高得多，也支撑了一大批新兴行业，例如卫星导航，金融业、电信业，互联网通讯业等。
卫星导航定位系统是以高精度的统一时间测量为基础的。卫星定位系统实际上依靠星载原子钟以及地面控制中心和监控站的原子钟维持的精确时间系统来实现定位, 用户只要能收到卫星信号,自然就获得了精确时间系统服务，由此就实现了导航与时间频率远程溯源功能。由于在军事上、经济上的巨大作用，继美国的GPS 之后，我国也于2001 年建立了中国北斗导航通信授时卫星系统，该系统兼有定位和授时及通信三重功能，已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到国民生活的方方面面。
在金融交易中，尤其是日渐兴起的数字金融、电子商务中，及时性与安全性同样重要。在电子商务中，系统可能面临海量的交易数据，服务器需要快速处理数据；类似高频交易这种由强大的计算机系统和复杂的运算所主导的毫秒之内自动完成大量买卖以及取消指令的股票交易，能快人一步就意味着巨大的商机。网络零售平台和银行，证券公司，高频交易公司等纷纷用铯钟搭建自己的标准时间系统。时间服务器与标准时间服务器进行对时，获取可信、可溯源、精准的时间，为用户提供时间戳服务。这样依靠时间戳备案交易的时间和签名就形成一次及时可靠的交易，标准时间系统也就成为数字金融、电子商务中的必要设备，有许多唯一属性的时间戳也成为交易行为的必要证据。因此，数字金融，电子商务能够进行安全及时的高频交易就越发依赖更加精准的标准时间系统。[3]
4，探索科学前沿
依靠原子钟产生的时间频率精密计量不仅在测量大陆漂移和地壳形变(有可能通过检测地球表面高度的细微变化，发出地震或火山喷发等灾难预警[3])等技术领域中有广泛的应用，而且也是测定物理常数(如探索暗物质)和检验物理理论（如量子电动力学、相对论）的精密实验的必要工具。[5]
由此可见，新的国际单位制是一种以时间频率为核心的秒制单位制，完成了国际制的量子化，必将极大的改变计量行业和科学技术的发展产生深远的影响。同时精密的时间频率测量，广泛应用于计量，交通，医院，电力，授时，导航，通信，航天，科研等现代工业部门和科学研究中，是现代化便捷生活必不可少的基础。
[1]全国科学技术名词审定委员会发布国际单位制7个基本单位中文新定义, 中国科技术语, 2019年12月.
[2] 宋明顺，方兴华，马爱文，吴增源. 论新国际单位制（SI）的“秒制”特征及其未来发展, 计量学报, 2019年7月.
[3] 车薇娜，吴锦铁，和增表，魏林. 高精度时间测量支撑新兴行业发展与前浩中国软科学研究会2019年中国软科学文集，2020
[4] 翟造成，张为群，蔡勇，杨佩红. 原子钟基本原理与时频测量技术.，135-144.
[5] 王义遒，王庆吉，傅济时，董太乾. 量子频标原理.，I -III.