1月19日，“國(guó)家工程師獎(jiǎng)”首次評(píng)選表彰大會(huì)在人民大會(huì)堂舉行，81名個(gè)人被授予“國(guó)家卓越工程師”稱號(hào)，50個(gè)團(tuán)隊(duì)被授予“國(guó)家卓越工程師團(tuán)隊(duì)”稱號(hào)。其中就包括中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)計(jì)量院”）首席研究員張金濤，他榮獲了“國(guó)家卓越工程師”稱號(hào)。

溫度單位的重大變革

張金濤，中國(guó)計(jì)量院首席研究員，中國(guó)溫度計(jì)量基礎(chǔ)研究領(lǐng)域領(lǐng)軍人才。曾以第一完成人獲2018年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，獲第六屆“全國(guó)杰出專業(yè)技術(shù)人才”稱號(hào)。

作為計(jì)量戰(zhàn)線上的一名科研工作者，張金濤長(zhǎng)期從事國(guó)際單位制SI溫度單位重新定義的研究，溫度SI是七個(gè)基本物理量之一，它和我們的生活息息相關(guān)，比如人體是恒溫系統(tǒng)，溫度的異常波動(dòng)，意味著身體某個(gè)方面的病灶；地球是個(gè)恒溫體，氣候變化的最直觀表現(xiàn)是海洋和大氣溫度的波動(dòng)；溫度是指示物理系統(tǒng)狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，物理基本現(xiàn)象的研究，離不開對(duì)系統(tǒng)溫度的準(zhǔn)確測(cè)量和調(diào)控；芯片制造離不開對(duì)環(huán)境溫度的長(zhǎng)期精確的控制；人類從事的任何最高精度的測(cè)量，都需要降低系統(tǒng)的溫度，消除熱噪聲效應(yīng)，精確地控制溫度保證測(cè)量的穩(wěn)定和一致……從時(shí)間的維度、和空間的維度，保證人類的溫度測(cè)量的一致性和可比性，依賴溫度單位定義的時(shí)空不變性。然而長(zhǎng)期以來，溫度單位的定義都依賴于某種物質(zhì)的自然屬性，比如用水的三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度定義溫度單位（即水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的273.16分之一為1K）。

顯然，實(shí)物的屬性終究抵不過時(shí)光的侵蝕，而在人類的科學(xué)認(rèn)知中，時(shí)空中恒定的莫過于物理定律和基本常數(shù)。因此從上世紀(jì)60年代開始，國(guó)際計(jì)量界開始研究用基本常數(shù)重新定義基本單位，提出用玻爾茲曼常數(shù)取代水的三相點(diǎn)定義溫度單位。

張金濤正在做科學(xué)實(shí)驗(yàn)

國(guó)際溫度單位的“中國(guó)貢獻(xiàn)”

2018年11月16日，第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)（CGPM）經(jīng)包括中國(guó)在內(nèi)的各成員國(guó)表決，全票通過了關(guān)于“修訂國(guó)際單位制（SI）”的1號(hào)決議。根據(jù)決議，千克、安培、開爾文和摩爾等4個(gè)SI基本單位的定義將改由常數(shù)定義，于2019年5月20日起正式生效。

在此次國(guó)際單位制變革的工作中，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院利用聲學(xué)法和噪聲法兩種方法測(cè)得的玻爾茲曼常數(shù)，為SI溫度基本單位開爾文的修訂作出了重要貢獻(xiàn)。帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)“玻爾茲曼常數(shù)測(cè)量研究”課題的，就是張金濤。

早在2006年，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院決定對(duì)3個(gè)國(guó)際單位制基本單位的常數(shù)定義進(jìn)行研究，作為中國(guó)計(jì)量院溫度計(jì)量基礎(chǔ)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，張金濤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展玻爾茲曼常數(shù)的測(cè)定。

按照國(guó)際溫度計(jì)量最高權(quán)力機(jī)構(gòu)CCT（國(guó)際計(jì)量委員會(huì)溫度咨詢委員會(huì)）的要求，為避免單一方法可能存在的系統(tǒng)誤差，必須使用至少兩種獨(dú)立方法，分別實(shí)現(xiàn)不確定度小于3×10??的測(cè)定。這一要求涉及多個(gè)物理量的高精度絕對(duì)測(cè)量，是對(duì)精密測(cè)量極限的巨大挑戰(zhàn)。

當(dāng)時(shí)國(guó)際上開展的玻爾茲曼常數(shù)測(cè)量，采用的是實(shí)驗(yàn)設(shè)備是一種球形或準(zhǔn)球形共鳴腔，這種形狀的部件對(duì)精密加工制造的能力要求很高。張金濤卻另辟蹊徑，帶領(lǐng)溫度計(jì)量基礎(chǔ)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過多年如一日的科研攻關(guān)，用圓柱形共鳴腔取代球形共鳴腔，創(chuàng)新提出用定程圓柱腔聲學(xué)氣體原級(jí)測(cè)溫法測(cè)定玻爾茲曼常數(shù)的技術(shù)方案，這一方案突破了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)超精密加工、測(cè)量能力不足的限制，定程圓柱聲學(xué)氣體原級(jí)法核心部件的裝配魯棒性（指一個(gè)系統(tǒng)或算法在面對(duì)輸入數(shù)據(jù)中的擾動(dòng)或噪聲時(shí)，保持其性能穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的能力）強(qiáng)、技術(shù)擴(kuò)展性好，可用于解決極端環(huán)境下的溫度測(cè)量技術(shù)難題。與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)骨干還提出了無感應(yīng)誤差的磁通量子調(diào)控技術(shù)，大幅度地改善了磁通量子噪聲原級(jí)法的測(cè)量水平。通過系列關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)玻爾茲曼常數(shù)測(cè)量相應(yīng)方法全球最佳測(cè)量結(jié)果，這也是全球唯一采用兩種獨(dú)立方法滿足重新定義的成果，在溫度單位重新定義的歷史性變革中作出突出貢獻(xiàn)，使我國(guó)與美、英、德、法、意并列，成為對(duì)玻爾茲曼常數(shù)的最終定值和溫度單位的重新定義有貢獻(xiàn)的6個(gè)國(guó)家之一。因?yàn)樯鲜鲐暙I(xiàn)，中國(guó)計(jì)量院“溫度單位重大變革關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目榮獲2018年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

探索新的精密計(jì)量高峰

在科研過程中，曾遇到很多困難。張金濤表示：“科學(xué)研究好比登山，一覽眾山小的感覺激勵(lì)科學(xué)研究的愛好者向更高峰攀登?！?

作為中國(guó)計(jì)量院溫度計(jì)量基礎(chǔ)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，張金濤先后主持國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目和課題3項(xiàng)，以第一作者或通訊作者身份發(fā)表SCI論文30余篇，其中3篇被國(guó)際計(jì)量頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊選為年度亮點(diǎn)。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在溫度計(jì)量的基礎(chǔ)研究中砥礪前行，團(tuán)隊(duì)成員相繼成為科研骨干和管理人才，先后入選“國(guó)家百千萬人才工程”、青年人才托舉工程，獲得“有突出貢獻(xiàn)中青年專家”榮譽(yù)稱號(hào)、中國(guó)青年科技獎(jiǎng)、亞太計(jì)量組織青年計(jì)量科學(xué)家獎(jiǎng)等。

張金濤和他的同事的研究成果，不僅讓我國(guó)首次對(duì)SI基本單位的定義取得決策權(quán)，還在更多的領(lǐng)域服務(wù)著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)消費(fèi)生活水平進(jìn)一步提高。他也率領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)，正繼續(xù)開展新的前沿科技探索，為不斷提高精密測(cè)量的極限而努力。

來源：中國(guó)消費(fèi)者報(bào)?中國(guó)消費(fèi)網(wǎng)，2024年3月18日

作者：任震宇