SI基本単位の再定義 (2019年)

SI基本単位の再定義（SIきほんたんいのさいていぎ、）とは、2018年の第26回国際度量衡総会で採択されたSI基本単位の根本的な再定義である。
国際度量衡委員会 (CIPM) はSI基本単位の定義を改訂する決議案を提案していた。この提案は2018年11月16日に第26回国際度量衡総会（CGPM）で決議・承認された。
この結果、SI基本単位はそれまでの人工物などによる定義から物理定数に基づく定義に全面的に移行した
新しいSIの施行日は2019年5月20日であったが、この日は同時に1875年にメートル条約が締結された日であり、また世界計量記念日でもある。
以下の記述は、主として2019年5月20日に公表され2022年12月に改訂された国際単位系の第9版Ver.2.01（The International System of Units(SI) 9th edition 2019）とその日本語版を基にしている。
改定の意義.
メートル法の大幅な修正は、一貫性のある単位系である国際単位系（SI）が1960年に公式に発表されて以来となる。国際単位系は一見したところでは「任意に」定義された7つの基本単位と、基本単位から組立てられた 20 の組立単位により構成されている。単位系が一貫性を持ったシステムを形成しているにもかかわらず、基本単位の定義はそのようにはなっていない。今回の国際度量衡総会による決議は、基本単位の導出に基礎物理定数を使用することで、これを改善したものである。これにより、国際単位系基本単位の中で唯一人工物による定義になっていたキログラムが物理定数による定義になり、国際キログラム原器が不要になった。旧定義においても、秒とメートルは、既に物理定数による定義となっていた。
背景と経緯.
1960年にメートルの定義が国際メートル原器から特定の光の波長に関連づけられたものに置き換えられて以降、基本単位の中で定義が人工物に由来するものはキログラムのみとなった。年を重ねるにつれて、キログラムの定義となっている国際キログラム原器の質量に、1年で最大 キログラムの変化があることが分かってきた。1999年の第21回CGPMで、各国の研究機関に対し、キログラムを人工物によらずに定義する方法を研究するよう要請した。
2007年、測温諮問委員会から国際度量衡委員会（CIPM）に、温度の現行の定義では「以下の低温および 以上の高温では十分な計測ができない」という報告がなされた。測温諮問委員会では、現行の水の三重点による定義よりも、ボルツマン定数を基準にした方がより良い温度の計量ができ、低温や高温での計測困難を克服できると考えた。
2007年の第23回CGPMで、国際度量衡委員会（CIPM）に対し、全ての単位を「定義値とされた物理定数」に基づく定義にするための調査が命じられた。翌年、国際純粋・応用物理学連合により承認された。2010年9月に開かれた単位諮問委員会（CCU）において、2010年10月の国際度量衡委員会に提出される決議および国際単位系文書の変更の草案は、おおむね合意された。2010年10月の国際度量衡委員会は「第23回総会で要求された条件はまだ満たされていないため、現時点では国際度量衡委員会は国際単位系の改訂の提案は行わない」と決定した。
国際度量衡委員会は第24回総会において、検討事項の決議について提示し、新定義の詳細が決定する前であったが、新しい定義についておおむね合意した。そして、第24回総会は次回の第25回総会を2015年から2014年に前倒して開催することを決定した。
しかし、第25回国際度量衡総会においては、「提示されたデータは、新しい国際単位系の定義を採択するには、十分頑強ではない」として、2018年に行われる次の第26回国際度量衡総会まで改訂を延期することとされた。また再定義のために必要となる基礎定数の新データは2017年7月1日までに論文として受け入れられたものでなければならないこととされた。
CODATAが評価して、国際単位系の再定義に必要な精度を備えていることが確認されたので、国際度量衡委員会は国際度量衡総会における決議案を2018年2月に決定した。
この決議案は2018年11月13から16日に開催された第26回国際度量衡総会の最終日である11月16日に決議承認された。この新しい国際単位系は2019年5月20日に施行された。
日本の法令上は、計量法第3条の規定に基づく計量単位令（平成4年政令第357号）が、計量単位令の一部を改正する政令（令和元年5月17日政令第6号）により改正され、2019年5月20日に施行することにより変更された。
計量単位令の改正では、秒、メートル、カンデラの定義の文言は変更されていない。
決議.
単位諮問委員会（CCU）は現行の光速度に加え、4つの物理定数を定義値とすることを提案し、2017年10月に4つの定数を発表した。したがって、これらの数値には不確かさはない。
この決議では、以下の物理定数には変更がない。
組立単位（ジュール、クーロン、ヘルツ、ルーメン、ワット）を使用した上記の定義は、基本単位を使用すると以下のように書き表される（ここで、sr は無次元の単位ステラジアンである）。
加えて、国際度量衡総会は以下のように決議した。
基本単位の定義の変更.
新しい国際単位系（SI）文書では、全ての基本単位の定義の文言について、改訂または書き直しが行われた。旧定義と新定義は以下の通りである。日本語による定義文は、産総研 計量標準総合センターによる訳である。
秒.
秒の定義は実質的には変更されていないが、計測が行われる条件がより厳密に定義された。
旧定義
新定義
メートル.
メートルの定義は実質的には変更されていない。
旧定義
新定義
キログラム.
キログラムの定義は根本的に変更された。旧定義は「国際キログラム原器の質量」であるが、新しい定義はプランク定数を通して光子が持つエネルギーと等価の質量に関連づけられた。
この変更により、キログラムの定義は秒とメートルの定義に依存することになった。
プランク定数の定義値は、2015年から2017年にかけて報告された8つの実験値に基づいて決定された。そのうちの4つは、ワット天秤を用いて直接測定されたものである。残りの4つは、X線結晶密度法で測定されたアボガドロ定数から、モルプランク定数を介して間接的に得られたものである。
旧定義
新定義
アンペア.
アンペアの定義は大幅な見直しが行われた。旧定義は充分な精度をもって現示するのが難しいが、新しい定義は直感的に理解しやすく、現示するのも容易である。この変更により、アンペアの定義はキログラムとメートルの定義に依存しないものになった。
また、真空の誘電率・真空の透磁率・真空の特性インピーダンスは定義値だったが、この変更により不確かさのある値となった。
旧定義
新定義
ケルビン.
ケルビンの定義は根本的に変更された。旧定義は、水の状態が変化する温度を用いて温度目盛りを定義するものであるが、新しい定義ではボルツマン定数を用いて温度と等価のエネルギーにより表現される。この変更により、ケルビンの定義は秒、メートル、キログラムの定義に依存することになった。
旧定義
新定義
モル.
モルの定義は根本的に変更された。旧定義はキログラムに関連づけられていたが、新しい定義では系に含まれる構成要素の数を定義値とすることで定義される。この変更により、モルはキログラムの定義に依存しないものになった。
また、以下の値は不確かさのある実験値となる。
次の値は、旧定義でも新定義でも、不確かさのある値である。
統一原子質量単位（ダルトン）の定義は、現行どおりの質量ののままである。よって、以下の値は変化しない。
旧定義
新定義
カンデラ.
カンデラの定義は実質的には変更されていない。
旧定義
新定義
再現性への影響.
全般的な定義の変更は、「実践的技術」を用いた基本単位の再現の不確かさに改善をもたらす。
下表にその改善を示す。
秒の計測の相対的不確かさは 1 のまま維持され、メートルについても 2.5 が維持される。