量子计量学单位和测量的基础

Ernst O.Gbel等著

国际单位制（SI）是世界上使用得最广泛的测量制，每天都在商业或科学领域应用，公制是它的现代形式。它通常包括米（m）、千克（kg）、秒（s）、安培（A）、开尔文（K）、烛光（cd）和摩尔（mol）。因为测量技术的改进以及测量精度的提高，单位制在不断地变化，单位及单位的定义也在不断地改进。目前正在用自然常数以及它们的量子标准为基础来重新定义SI。因此，不仅在计量学界而且在整个科学界，基础物理和技术将会受到更多关注。本书介绍并阐述了现代物理概念在计量学中的应用，以及科学和测量的应用。重点介绍了量子标准在即将发布的新SI中的应用。

本书共9章：1. 引言：简介了测量标准的发展史；2. 基础知识：讲述了SI中测量的基本概念，强调了测量的不确定性，它是由量子力学中海森堡测不准原理决定的，也是各种噪音源引起的。本章阐述了SI中7个单位的定义，以及新SI中由7个自然常数的数值定义的新单位；3激光冷却、原子钟和秒：原子云或离子的激光冷却技术可以使温度降到接近零开尔文，大大改进了原子钟并提高了频率标准，应用原子钟可以重新定义时间单位（秒）；4. 超导性、约瑟夫森（Josephson）效应和磁通量：超导隧道结的约瑟夫森效应是定义量子电压标准和电压单位的基础；5. 量子霍尔效应：异质结构半导体的量子霍尔效应是定义量子电阻标准及单位欧姆的基础；6. 单电荷转移装置和新安培：根据新国际单位制，电流的单位（安培）是通过计数单位时间内基本电荷实现的，为此必须在隧道结构中实现单电子传输；7. 普朗克常数、新千克和摩尔：质量单位（千克）的定义是以普朗克常数为基础的，利用阿伏伽德罗常数定义了摩尔；8. 玻尔兹曼常数和新开尔文：借助于玻尔兹曼常数定义了热力学温度的单位（开尔文）；9. 单光子计量学和量子辐射计：介绍了发射非经典光的单光子光源以及光子检测器；10. 展望：讨论了量子计量学今后的发展。每章的结尾有参考书目。本书目录的后面有前言、序言和缩写字表。书的末尾有主题索引。

本书第一作者Ernst O.Gbel是德国国家计量研究所教授，是计量学领域资深的科学家，曾担任德国国家计量研究所所长职务长达16年之久，也是国际计量委员会成员，并多年担任国际计量委员会主席职务。他和第二作者Uwe Siegner都是德国不伦瑞克理工大学（Technical University of Braunschweig）资深的老师，本书是以他们讲稿为素材撰写而成。

本书的读者对象是高年级大学生、研究工作者、科学家以及在现代计量学领域工作的专业人员，也适合于对即将颁布的SI定义感兴趣的一般读者。

刘克玲，退休研究员

（中国科学院过程工程研究所）