米制公約

《米制公約》（法語：Convention du Mètre，英語：Metre Convention），17個國家^[a]於1875年5月20日在巴黎簽署的一項國際公約。依該公約成立了旨在協調國際計量和協調米制發展的國際計量組織，同時也設立了監督該組織運行的機構體系。最初，米制僅涉及質量和長度單位，但1921年的第6屆國際計量大會對其進行了修訂，將任務擴展到所有物理量的測量。在1960年的第11屆國際計量大會更新了米制公約框架下舊有的單位制體系，改為「國際單位制」（SI）。

依米制公約，國際計量組織包含3個層次的機構設置：

國際計量大會（法語：Conférence générale des poids et mesures，簡稱CGPM）：是米制公約的最高組織形式，通常每4年在巴黎召開一次會議，由米制公約各成員國和附屬成員代表參加。
國際計量委員會（法語：Comité international des poids et mesures，簡稱CIPM）：是該組織的領導和監督機構，由來自18個不同成員國的18名計量專家組成。
國際計量局（法語：Bureau international des poids et mesures，簡稱BIPM）：廣義指米制公約所建立的國際計量組織；狹義指該國際組織的局址或秘書處，坐落於法國塞夫勒，保存着國際公斤原器，負責國際計量組織的日常運行。國際計量局的組織結構包括：局長，物理計量、時間、電離輻射、化學四個科研處，以及局長辦公室、國際聯絡與合作部、綜合服務部三個職能部門，2017年擁有來自多個國家的70餘名工作人員。來自英國國家物理研究院（NPL）的馬丁·米爾頓（Martin J.T. Milton）博士自2013年1月1日起任國際計量局局長。

該公約的成員國被限定為法國的邦交國，但是1999年，為那些希望參與CIPM互認協議（CIPM-MRA）而無法以成員國身份加入國際計量局的國家和經濟體設立了附屬成員的類別。

背景[編輯]

法國大革命前，雖然有俄羅斯等少數國家使用他國的計量系統，但其他的歐洲各國都使用着不同的計量單位。法國大革命初期，法國國民制憲議會決定統一法國的度量衡，而且他們決定放棄標準化既有計量系統，而是利用自然界的量創造一套全新計量單位。1795年4月7日，法國通過的相關法案對新的計量體系進行了定義，米制單位誕生。1799年，法國政府公告使用米制系統^[1]。

19世紀初開始，米制被歐洲各國和天文、物理等國際組織相繼採用或推薦採用，米制在世界上的影響迅速擴大。1817年，荷蘭開始採用米制單位，1850年至1870年間，又有一些國家陸續接受了米制單位，包括西班牙、很多南美洲共和國、意大利和德國等。1863年，萬國郵政聯盟開始使用克來表示信件重量。法國政府於1870年8月、1872年9月兩次召開由採用米制國家代表參加的「國際米制委員會」會議^[2]。

1875年大會[編輯]

1875年大會代表面對的首要任務就是法國政府持有的米和公斤原器的替代和成立一個組織負責全球範圍內標準的維護。該大會未將其自身與其他的測量單位相聯繫。但大會有被法國和德國政治操縱的意味，尤其是法國幾年前剛剛因被普魯士擊敗而受辱。儘管法國失去了對米制系統的控制，但他們也確保了它被交給了國際組織而不是德國，況且這個國際組織的總部還是設在巴黎的。^[3]

參考標準[編輯]

大會被要求討論然後維護一項基於當時的法國標準的國際標準，而不是使用法國的標準。到大會召開的1870年，法國的標準已經用了70年，由於磨損，和1799年剛剛開始採用時已經存在差距了。

1870年大會之前，法國的政治家們曾擔心當時的長度單位「米」可能不會被世界接受，因為依據子午線的新測距，根據其「通過巴黎的子午線上從地球赤道到北極點的距離的千萬分之一」的最初定義，米的長度要短0.03%（300 µm）。但當德裔瑞士代表稱「在我們現在的年代，沒有任何一個嚴肅的科學家會通過地球的尺寸來推導一米的長度」時，他們就放心了。當1875年大會召開時，提出了米和公斤的新原器的製造要儘可能的複製當前標準的值。^[3]

儘管新的米原器與原來的米的長度相同，但為了減小測量時彎曲的影響，它的截面被製成了X型（英語：Henri Tresca）而不是原先的矩形。此外，製作的新的原器棒並不是恰好一米，而是長一點，用刻線在上面標示出一米的距離。^[4]倫敦公司莊信萬豐製作了30個米原器和40個公斤原器。在1889年第一屆國際計量大會上，6號棒（bar No. 6）和X號圓柱（cylinder No. X）被定為國際原器。剩下的被用作國際計量局工作副本或分發給各成員國作國家原器。^[5] 米原器的應用一直持續到到1960年，這一年國際計量大會決定改用氪（⁸⁶Kr）原子的2p10與5d5能階間躍遷輻射在真空中的波長的1650763.73倍定義米的標準長度，以避免受到原器磨損的影響。^[6]而1983年，國際計量大會又改用「光在真空中行進1/299792458秒的距離」定義米的標準長度。^[7]在2014年第25屆國際計量大會之後，公斤原器仍在使用，但它將會在近幾年內被新定義所取代，不過也不會早於2018年的下一屆大會。

組織[編輯]

大會創建了三個主要的國際組織來在全球範圍內推廣權度的標準化：首先，國際計量大會（CGPM）為各個成員國的代表們提供了一個論壇；其次，國際計量委員會（CIPM）為一個由計量專家組成的諮詢機構；最後，國際計量局（BIPM）是為國際計量大會和國際計量委員會提供文秘和試驗設備支持的研究所。^[8]

國際計量大會[編輯]

國際計量大會（Conférence générale des poids et mesures，簡稱CGPM）是主要的決策機構，由來自成員國的代表和來自附屬成員的觀察員（無投票權）組成。大會通常每四到六年召開一次，來接受和審議國際計量委員會的報告並批准國際單位制（SI）的新發展，當然也有間隔不到四年的，如2011年大會上決定在2014年而不是2015年召開下次大會來討論新SI的定義（英語：Proposed redefinition of SI base units）。^[9]它還負責國際計量委員會的新任命和國際計量局主要發展和資金事務的討論。

國際計量委員會[編輯]

國際計量委員會（Comité international des poids et mesures，簡稱CIPM）是由來自18個（開始是14個）^[10]不同成員國的18名計量專家組成的國際計量大會的諮詢機構。國際計量委員會下設有10個諮詢委員會（consultative committees，簡稱CCs），它們分別負責不同領域的計量，如一個負責溫度，一個負責長度等等。國際計量委員會每年在法國塞夫勒召開，討論各個諮詢委員會的年度報告，向各成員國政府提交一份國際計量局行政和財務方面的年度報告，必要時在技術問題上為國際計量大會提供建議。國際計量委員會的每一個成員都來自不同的成員國——為褒獎法國為創立公約做出的貢獻，國際計量委員會中通常為法國留有一席。^[11]^[12]

國際計量局[編輯]

國際計量局（Bureau international des poids et mesures，簡稱BIPM）坐落在法國塞夫勒，保存着國際公斤原器，為國際計量大會和國際計量委員會提供計量服務，為這兩個組織的秘書處提供房屋並主辦他們的正式會議。它還保管者已經在1960年退役的原先的國際米原器。歷年各個國際原器都要送回國際計量局總部校準。

最初，國際計量局有九名員工，而第一批原器被分發後曾降到四名；^[13]2012年，它有超過70名員工和一千萬歐元以上的預算。^[14]國際計量局的局長同時也必然是國際計量委員會的一員和各個諮詢委員會的一員。

1875年後的發展[編輯]

計量學在1875年以來有了極大的發展。特別是米制公約在1921年進行了完善，以至於很多國際組織在國際計量委員會內擁有一個論壇以確保各個學科間測量的協調性。另外，當初為貿易制定的內容，而今卻已經拓展到了包括軍事、科學、工程和技術等人類活動的各個方面。

1921年修訂和SI的發展[編輯]

米制公約擬定之初的主要目的僅僅是為長度和重量制定標準。其他量的標準則被其他機構控制——時間由天文學家負責，電學單位由一系列的專業大會負責，^[15] 其他的物理標準和概念則主要被國際純粹與應用化學聯合會或國際純粹與應用物理學聯合會等國際機構維持或定義。

1901年，喬瓦尼·喬治（英語：Giovanni Giorgi）提出建立一個基於米、公斤、秒和一個電學單位（安培、伏特或歐姆）四個基本單位的成套單位體系。1921年，對公約進行了擴展以准許涉及所有物理量的標準的升級，這極大的增大了CIPM提交事項的範疇，無保留地給予了它利用喬治的提議的自由。在1933年的第8屆國際計量大會上，決定與其他國際機構協作，達成對可推導回國際原器的電學單位的支持。^[16]國際電工委員會在其1935年布魯塞爾大會上原則上予以了贊成。

1948年，第二次世界大戰後的第三年，第八屆國際計量大會後的第十五年，召開了第九屆國際計量大會。作為對國際純粹與應用物理學聯合會和法國政府的建立一個測量的實用單位體系的正式請求的回應，國際計量大會要求國際計量委員會準備適用於所有遵守米制公約的國家使用的單一計量單位實用體系的建議書^[17]在同一屆國際計量大會上，正式採納了一項關於單位符號和數字的書寫和印刷的建議書。^[18]該建議書也含有最重要的米公斤秒單位和厘米克秒單位的推薦符號，這是國際計量大會第一次給出有關推導單位的建議。

國際計量委員會的建議草案在1954年的第十屆國際計量大會上提出，該草案是基於米公斤秒制的十進制單位的定義、符號和術語的廣泛的修訂和精簡。在其建議中，安培被定為基本單位，而其他電學單位可以推導得出。在與CIS和國際電工委員會（IUPAP）協商後，開爾文度和燭光也被定為基本單位。^[19]整個體系及其名字「Système International d'Unités」（國際單位制）在第十一屆國際計量大會上被採用。^[20]

國際計量局在互聯網上和以定期出版的宣傳冊等形式公佈了國際計量大會和國際計量委員會通過的國際單位制的正式定義和相互關係。手冊的第八版《Le Système International d'Unités – The International System of Units》於2006年出版。^[21]

互認協議[編輯]

符合CIPM MRA計劃的實驗室所用的標識

在1940年代間，美國政府意識到了讓供應商保留產品的質量控制記錄來增加過程的可追溯性的好處。這一做法在1979年被英國政府通過質量控制標準BS 5750形成了正式文件。1987年，BS 5750被國際標準化組織（ISO）採納，並以其為基礎編制了ISO 9000。^[22]ISO 9000是一部與行業標準結合使用的通用質量控制標準。^[23]

由於標準的不同或不兼容造成的一國不承認另一國的質量控制的現象妨礙了國際貿易的發展。在1995年的第二十屆國際計量大會（CGPM）上，大家意識到雖然合作的國家之間特定的儀器校準已有一百多年的歷史，但已經迫切需要一個更全面的協議。因此國際計量委員會（CIPM）受託對建立儀器校準方面的互認協議進行調研。任何此類協議都將被要求保留可以證明校準可追溯到基本標準的記錄，這些記錄將記錄在ISO9000標準框架下。四年後的1999年，《國家計量基(標)准互認和國家計量院簽發的校準與測量證書互認》協議（CIPM-MRA）在第二十一屆國際計量大會上獲得通過。^[24]^[25]

《國家計量基(標)准互認和國家計量院簽發的校準與測量證書互認》是由國際計量委員會草擬的一份協議，該協議給參與的國家計量院（NMIs）提供一個框架彼此承認對方測量標準的等效效果和他們的校正及測量證書的有效性，以促進自由貿易和消除貿易技術壁壘。^[26]^[27]

國際原子時的協調[編輯]

國際原子時的定義與測量隨着原子鐘的出現而成為可能，它具有足夠的精度，地球自轉的變化都能檢測出來。國際地球自轉服務組織（IERS）檢測這一變化，並在必要的時候提出設置閏秒。目前在全球超過50個實驗室中有超過200台原子鐘，國際計量局（BIPM）根據米制公約的授權協調各個原子鐘。^[28]

國際單位制新定義[編輯]

1960年以來，當米放棄國際米原器重新定義後，公斤成為唯一依賴標準器的計量單位。這些年來，國際公斤原器的質量被檢測出有每年20×10⁻⁹公斤的減少。^[29]在1999年的第二十一屆國際計量大會上，各國國家實驗室被敦促研究解除公斤與特定標準器關聯的方法。

偏差的存在已經被明確，阿佛加德羅計劃和瓦特平衡法（英語：Watt balance）的發展使高精度簡介測量質量成為可能。這些計劃為重新定義公斤提供了可用替代方案。^[30]

2007年發表的一份測溫學諮詢委員會對國際計量委員會的報告中提到，當前的溫度定義無法滿足低於20 K的溫度和高於1300 K的溫度。該委員會認為，相比水的三相點溫度，波茲曼常數可以為溫度的測量提高更好的基礎，因為它可以克服上述的困難。^[31]

在2007年的第二十三屆大會上，國際計量大會委託國際計量委員會對以自然常數為基礎重新定義所有計量單位開展研究。次年，國際純粹與應用物理學聯合會（IUPAP）也對其表示了贊同。^[32]2011年，國際計量委員會決定原則上同意單位諮詢委員會上一年提出的新定義^[33]，但直到細節被敲定之前不付諸實施，並將其提交第二十四屆國際計量大會考慮。^[34]這一決議被大會接受，^[35]另外，國際計量大會決定將下一屆大會從2015年提前到2014年，並希望到時候這些建議可以被實施。^[9]

在接下來的幾年裏，對自然常數的支持在增加，細節得到澄清^[36]^[33]^[37]^[38]^[9]，直到2018年11月，第26屆國際計量大會(CGPM)一致投票贊成修改SI基本單位的定義^[39]^[40]，新定義於2019年5月20日生效^[41]^[42]。

成員[編輯]

國際計量大會（CGPM）承認兩類成員：一種是正式成員國，指那些願意參與國際計量局（BIPM）各項活動的國家；另一種是附屬成員，指那些僅希望參與CIPM互認協議（CIPM-MRA）程序的國家或經濟體^[b]，附屬成員在國際計量大會具有觀察員的地位。儘管在世界大戰期間，法國敵國的成員身份被保留^[43]，但由於該公約組織與成員國政府的所有正式聯繫是通過成員國駐法國大使進行的^[c]，因此會員國必定要與法國具有外交關係^[44]。每屆國際計量大會的開幕式由法國外交部長主持，而後續會議由法國科學院主席主持^[45]。

1875年5月20日，17個國家^[a]的代表出現了在巴黎召開的米制大會，並簽署了米制公約。之後又有多個國家簽署米制公約，成員國數量在1900年為21個，1950年為32個，2001為49個。截至2014年7月21日 (2014-07-21)^[update]，國際計量大會已有成員國56個，附屬成員和經濟體41個，國際組織成員4個（括號內為加入時間）^[46]：