[论文解读] The New SI and fundamental constants: different meanings assigned to the same data, and and how to proceed from recommended numerical values to their stipulation and beyond

Franco Pavese|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2015

Scientific Measurement and Uncertainty Evaluation被引用 3

一句话总结

本文批判了基于基本常数重新定义国际单位制（SI）的做法，认为当前实验不确定性和数据不一致削弱了这些常数所声称的精度。文章提出了一种修订后的数值规定方法，强调必须保留基本单位，以确保未来实施中的计量连续性。

ABSTRACT

The use of the fundamental constants for the definition of the most important measurement units of the International System, was considered a good solution to found it on more solid bases. From further analysis, this solution was found implying a number of consequences underevaluated by the BIPM until the proposal presented for discussion in November 2018 to the CGPM, or at least never clearly explained to the signatories Countries of the Metre Treaty. This lack of clarity will affect the implementations of the revised System in the future. Following previous illustrations, this v.5 of the paper is focusing on some issues of direct impact on the correctness of the new definition and on its implementation: how many digits, supported by the latest experimental values, can be stipulated for the numerical values of the constants; why the present experimental uncertainties do not support the pretended precision of the constants; how inconsistencies affect some constant final database; why the CODATA LSA analysis alone is insufficient to support the stipulated precision of the constants; how the need should be explained of keeping the former base units, in order to preserve their present magnitudes; which is the true base-units/constants relationship; how the now-installed hierarchy between the constants and the base units makes changes in the future metrological pyramid; how to still use the present top national standards in future.

研究动机与目标

• 识别并解决用于定义新SI中基本常数的实验数据中的不一致性。
• 阐明为何当前的不确定度无法支持所声称的常数精度。
• 解释为何仅靠CODATA最小二乘法调整（LSA）不足以证明所规定常数数值的合理性。
• 主张保留原有的基本单位，以维持其量级并确保计量实践的稳定性。
• 为未来实现计量一致性，建立基本单位与基本常数之间更清晰的关系。

提出的方法

• 分析最新实验测得的基本常数值，以评估其可靠性和精度。
• 评估CODATA最小二乘法调整（LSA）在支持常数规定精度方面的局限性。
• 识别最终常数数据库中的不一致性，这些不一致性影响了新SI定义的完整性。
• 提出常数与基本单位之间新的层级关系，以确保未来计量体系的稳定性。
• 研究新SI结构对现有计量金字塔和国家标准的影响。
• 推荐一种在新体系下保持与现有国家级最高标准兼容的方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何当前实验不确定度无法支持新SI中基本常数所声称的精度？
• RQ2 常数数据库中的不一致性如何损害新SI定义的可靠性？
• RQ3 为何CODATA LSA分析不足以证明常数规定精度的合理性？
• RQ4 在修订后的SI框架中，基本单位与基本常数之间的真实关系是什么？
• RQ5 如何在新SI结构下有效保留并使用现有国家级标准？

主要发现

• 当前基本常数的实验不确定度无法支持新SI中所规定的高精度数值。
• 常数数据库最终版本中的不一致性损害了新定义的可靠性。
• 由于基础数据质量问题，仅靠CODATA LSA方法无法证明常数精度的合理性。
• 常数与基本单位之间新建立的层级关系，给未来计量金字塔带来了不稳定性。
• 保留原有基本单位对于维持现有测量的量级和确保连续性至关重要。
• 只要新SI框架正确考虑了计量可追溯性与一致性，现有国家级标准在未来仍可继续使用。