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計量的作用和意義

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-09-26  瀏覽次數(shù):904

隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步,計量的作用和意義已日益明顯。下面略舉幾例:
    1.計量與科學(xué)技術(shù)
    眾所周知,科學(xué)技術(shù)是人類生存和發(fā)展的一個重要基礎(chǔ)。沒有科學(xué)技術(shù),便不可能有人類的今天。其實,計量本身就是科學(xué)技術(shù)的一個重要的組成部分。任何科學(xué)技術(shù),都是為了探討、分析、研究、掌握和利用事物的客觀規(guī)律;而所有的事物都是由一定的“量”組成,并通過“量”來體現(xiàn)的。為了認識量并確切地獲得其量值,只有通過計量。比如,哥白尼關(guān)于天體運行的學(xué)說,是在反復(fù)觀察的基礎(chǔ)上提出的,并在伽利略用天文望遠鏡進行了進一步觀測之后而確立的;著名的萬有引力定律,被牛頓的敏銳觀察所揭示,并在百余年后經(jīng)卡文迪許的精密測試而得到了確認;愛因斯坦的相對論,也是在頻率精密測量的基礎(chǔ)上才得到了一定的驗證;李政道、楊振宇關(guān)于弱相互作用下宇稱不守恒的理論,也是吳健雄等人在美國標(biāo)準(zhǔn)局(金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院)進行了專門的測試才驗證的。總之,從經(jīng)典的牛頓力學(xué)到現(xiàn)代的量子力學(xué),各種定律、定理,都是經(jīng)過觀察、分析、研究、推理和實際驗證才被揭示、承認和確立。計量正是上述過程的重要技術(shù)基礎(chǔ)。
    歷史上三次大的技術(shù)革命,都充分地依靠了計量,同時也促進了計量的發(fā)展。
    以蒸汽機的廣泛應(yīng)用為主軍標(biāo)志的第一次技術(shù)革命,導(dǎo)致以機器為主的工廠取代了以手工為基礎(chǔ)的作坊,使生產(chǎn)力得以迅速提高,進而確立了資本主義的生產(chǎn)方式。當(dāng)時,經(jīng)典力學(xué)和熱力學(xué)是社會科技發(fā)展的重要理論基礎(chǔ)。在蒸汽機的研制和應(yīng)用的過程中,都需要對蒸汽壓力、熱膨脹系數(shù)、燃料的燃燒效率、能量的轉(zhuǎn)換等進行大量的計量測試。力學(xué)計量和熱工計量,就是在這種情況下發(fā)展起來的。另外,機械工業(yè)的興起,使幾何量的計量得到了進一步的發(fā)展。
    以電的產(chǎn)生和應(yīng)用為基本標(biāo)志的第二次技術(shù)革命,更加推動了社會的發(fā)展。歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律,以及麥克斯韋電磁波理論等,為電磁現(xiàn)象的深入研究和廣泛應(yīng)用、電磁計量和無線電計量的開展,提供了重要的理論基礎(chǔ)。例如,1821年西貝克發(fā)現(xiàn)的熱電效應(yīng),為熱電偶的誕生奠定了理論基礎(chǔ);而各種熱電偶的研制成功,則對溫度計量、電工計量、以及無線電計量等提供了一種重要手段,促進了相應(yīng)科技的發(fā)展。為了實際測量地球運動的相對速率,邁克爾遜等人利用物理學(xué)的成就,研制出了邁克爾遜干涉儀,從而為長度計量提供了一個重要方法。1892年,邁克爾遜用鎬光(單色紅光)作為干涉儀的光源,測量了保存于巴黎的鉑銥合金基準(zhǔn)米尺的長度,獲得了相當(dāng)準(zhǔn)確的結(jié)果(等于1 553 163.5個紅光波長)。直至百余年后的今天,利用各種干涉儀精密測量長度,仍然是幾何量計量的一種重要方法。普朗克關(guān)于能量狀態(tài)的量子化假說,指出物體在輻射和吸收能量時,其帶電的線性諧振子可以和周圍的電磁場交換能量,以致能從一個能級躍遷到另一個能級狀態(tài),并且能量子的能量為?E=hυ(式中h——普朗克常數(shù),υ——頻率)。愛因斯坦在普朗克假說的基礎(chǔ)上,提出了光不僅具有波動性,而且還具有粒子性,即光是以速度c運動的粒子(光子)流,其單元(光子)的能量為?E=hυ,從而說明不同頻率的光子具有不同的能量。上述理論成功地解釋了光電效應(yīng),成了熱輻射計量的理論基礎(chǔ),同時也使計量開始從宏觀進入微觀領(lǐng)域。隨著量子力學(xué)、核物理學(xué)的創(chuàng)立與發(fā)展,電離輻射計量逐漸形成。
    核能及化工等的開發(fā)與應(yīng)用,導(dǎo)致了第三次技術(shù)革命。在這個時期,科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟的發(fā)展更加迅速。原子能、化工、半導(dǎo)體、電子計算機、超導(dǎo)、激光、遙感、宇航等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使計量日趨現(xiàn)代化,計量的宏觀實物基準(zhǔn)逐步向量子(自然)基準(zhǔn)過渡。原子頻標(biāo)的建立和米的新定義的形成,有著相當(dāng)重要的意義。頻率和長度的精密測量,促進了現(xiàn)代科技的發(fā)展。比如,光速的測定、原子光譜的超精細結(jié)構(gòu)的探測以及航海、航天、遙感、激光、微電子學(xué)等許多科技領(lǐng)域,都是以頻率和長度的精密測量為重要基礎(chǔ)的。
    至于人們廣泛談?wù)摵完P(guān)注的所謂第四次技術(shù)革命,將引起科技、經(jīng)濟和社會的重大變革,人類將進入“超工業(yè)社會”或“信息社會”。那時,不可再生的石化燃料能源將替換成可再生的太陽能、海潮發(fā)電等新能源,鋼鐵、機械、橡膠等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將被電子工業(yè)、宇航工程、海洋工程、遺傳工程等新興產(chǎn)業(yè)所征服,等等。這場技術(shù)革命的先導(dǎo)是微電子學(xué)和計算機,而集成電路又可以說是先導(dǎo)的核心。集成電路的研制,沒有相應(yīng)的計量保證是不可想象的。比如,硅單晶的幾何參數(shù)、物理特性,超純水、超純氣的純度,化學(xué)試劑、光刻膠的性能,膜層厚度、層錯位錯,離子注入深度、濃度、均勻度以及工藝監(jiān)控測試圖形等的測定與控制,都是精密測量。當(dāng)前,我國集成電路研制尚比較落后,計量工作跟不上是其中的原因之一。
    總之,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是物理學(xué)的成就,為計量的發(fā)展創(chuàng)造了重要的前提,同時也對計量提出了更高的要求,推動了計量的發(fā)展;而計量的成就,又促進了科技的發(fā)展。正如門捷列夫所說:“沒有計量,便沒有科學(xué)”。聶榮臻同志也曾明確指出:“科技要發(fā)展,計量須先行”;“沒有計量,寸步難行”。

 
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