从质量标准说起


有人说,二十一世纪初的物理学与二十世纪初的物理学比,有三个新东西:量子力学,精密测量与学科交叉。其实精密测量技术一直都有,为什么到了二十世纪末、二十一世纪初,这个技术会得到如此大的发展?我认为根本原因在于工业社会运行的底层逻辑是标准化,而标准化的基础就是精密测量。社会发展的巨大需求催生了人们对精密测量长期不懈的追求。

前不久,国际质量的标准由物质实体,变为非实体的普朗克常数来定义,这是一个影响全球社会底层运作的重大事件。从应用层面来看,新的标准千克可以用基布尔(Kibble)秤来称量。这是一种电学中的量子精密测量仪器,与三十到四十多年前约瑟夫森效应(用于测量电压)和量子霍尔效应(用于标度电阻)的发现密不可分。这两个效应都获得了诺贝尔物理奖,并最终让我们能把质量定义与普朗克常数的数值联系起来。

其实在质量标准变化之前,对时间与长度的定义也都从19世纪的标准变为基于20世纪科技革命的新标准。正是有了对时间与空间的精准定义,到了网络信息化时代,利用全球卫星定位系统,我们才能实现对每个人自身时间与空间的精密测量与定位,进而催生了移动互联网,才能有微信,美团等APP。到了如今智能化和物联网的时代,对于精密测量技术更是提出了新的需求:以百亿、千亿计的物联网设备都需要精准的授时与定位,并在此基础上实现高效的信息交互。

另外一方面,从基础的物理学本身来看,随着粒子物理标准模型的建立和完善,人们开始跳出还原论的桎梏,认为万物理论的本源来自相互之间的关系,层展理论有越来越多的信徒,与之相配套的数学上的范畴论也有很大的发展。从这个角度出发,用精密测量技术,能精准的揭示物理系统之间的相互作用(关系),是天然的与层展理论相互配合的手段。最基础和前沿的理论物理学,与自然哲学关系密切。理论物理要往哪个方向发展,离不开哲学观念的指引,更是要与我们目前所掌握的最尖端的技术工具互相配合。

所以,未来不论是从信息化、智能化社会的底层标准化逻辑出发,还是从揭示物理学基本规律的需求出发,精密测量技术都会越来越重要,辐射面越来越广。

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