不可分割的離散粒子是所有物質的基本組成部分．這一概念最早可以追前數個世紀的哲學家言論中。其中，典型的結論由希臘哲學家德謨克利特和他的學生們指出：原子是所有物質素。

這些概念從pan>世紀開始在自然科學中得到支持，並且在化學(代表人物如A．Lavoisier、J．Dalton以及D．Mendeleev)、氣體運動論(代表人物如Lose：hmidt和A．Avogadro)和統計物理(代表人物如J．Stefan、L_Bohzmann以及Einstein)的驅動下得到一步發展。

’rhomson(1897年)電子發現實驗、Rutherford等(1909)所做散射實驗等相關實驗的結果，在物理學中開闢了一個新的時代。根據他們的結論．原子不是不可分割的，而是復合的。在1913年由玻爾(N．Bohr)開發的原子模型中，原子由帶負電荷(一e)的電子及幾乎攜帶原子全部質量的原子核構成，其中原子核由帶正電的(+e)的質子以及中性的中子組成。在玻爾模型中，原子中的電子隻能處於離散態的能級，這與原子光譜實驗結果一致。

在現代粒子物理學的標準模型中，電子實際上是一種屬於輕子的基本粒子。質子和中子則是由帶分數電荷的基本粒子(誇克)組成的復合粒子，它們通過結合在一起。

50年來，得益於激光物理和納米技術的巨步．科學家們已經學會了處理單量子對像，如原子、離子、電子和庫珀對。這展也為“量子計量學”奠定了基礎。量子計量學的基本範式是基於離散量子(如電荷或磁通量子)

量子計量學展也激發了對現行國際單位制(sI)的修訂討論。是量子計量學的發展使得用自然常數對sI

物理繫統的離散性質有時是明顯的，有時是不明顯的。例如：當考慮原子或離

子的離散能量狀態之間的微波或光學躍遷時，其離散特征明顯；而固態繫統的單粒

子能譜通常是準連續能帶，此時其離散量子特性不明顯。此外，離散量子實體可以

由積聚效應產生，稱為宏觀量子效應。

當考慮到電氣類單位(安培、伏特和歐姆)的新定義時，量子計量學的範式變

得明顯。因此本書對潛在的固態物理學以及宏觀量子效應給出了更全面的描

述。例如，部分總結了教科書的知識，並從第4章的一般原理推導出結果，其中著

重介紹了超導體中的超導性、約瑟夫森效應和量子干涉現像。

本書面向現代計量學領域的高校學生、研究人員、科學家、實踐工作者和其他

專業人士．以及所有對即將到來的新SI定義感興趣的讀者。然而，將這本書視為

綜述．並非所有內容都像電氣單位那麼詳細，廣大讀者如一步閱讀研究可以參

考其他相關文獻。

如果沒有眾多同事和朋友的支持，這本書是不可能完成的。我們要感謝

Stephen Cundiff(密歇根大學)和wo堍ang ElsaDer(達姆斯塔特大學)以及PTB的

同事Franz Ahlers、Peter Becker、Ralf Behr、Joachim Fischer、Frank Hohls、Oliver Kie‘

ler、Johannes Kohlmann、Stefan Ktlck、Ekkehard Peik、Klaus Pierz、Hansji~rg Scherer、

Piet Schmidt、Sibvlle Sievers、Lutz Trahms和Robert Wynands。我們也感謝Alberto

Parra del Riego和Jens simon提供的技術支持。我們還要感謝Wiley—VCH工作人

員的支持，是Valerie Moliere、Anja Tschiirtner、Heike N~the和Andreas Sendtko。’

Ernst G6bel和Uwe Siegner

於不倫瑞克

20pan>年4月

邢晨光，研究員，副所長，中國航空工業發展研究中心，長期從事技術基礎相關領域發展跟蹤研究工作。發表文章25篇，出版圖書1部。