RIP Kilogram, który już nigdy nie będzie taki sam

Większość ludzi wie, ile funt waży - 16 uncji. Światowi spośród nas mogą wiedzieć, że kilogram to 2,2 funta - lub 1000 gramów. Ale czy my naprawdę wiesz, co oznaczają te liczby? Uzgadnianie jednostek miary jest o wiele bardziej skomplikowane niż mogłoby się wydawać, a sposób, w jaki ludzie zgadzają się co do wagi na całym świecie, wkrótce się całkowicie zmieni.

Od ponad wieku światowym standardem dla kilograma jest międzynarodowy prototyp kilograma, cylinder wykonany z platyny i irydu, który jest przechowywany w Bureau International des Poids et Mesures (Międzynarodowe Biuro Miar i Wag) we Francji. BIPM to międzynarodowa organizacja, która pomaga ujednolicić międzynarodową naukę i handel, ustanawiając standardy pomiarów, na które wszyscy możemy się zgodzić. Dlatego BIPM ma IPK: bez tego ciężkiego małego cylindra świat nie miałby standardowego kilograma do określenia, co waży kilogram. Kopie IPK (czasem pieszczotliwie nazywane „Le Grand K”) zostały rozpowszechnione na całym świecie, więc kraje członkowskie mogą utrzymać standard, a co 40 lat mierzy się IPK, aby upewnić się, że nadal jest to kilogram. Ostatnie pomiary pokazały jednak, że masy tych wielkich Ks są rozbieżne, co może oznaczać chaos dla handlu, nauki i potencjalnie tak wrażliwych pól, jak rakiety, w których obliczenia muszą być precyzyjne.

Ten system może brzmieć dziwacznie i archaicznie, ale istnieje dobry powód, dla którego świat używał tej masy referencyjnej przez tak wiele lat: Naprawdę trudno jest ustalić, co to jest kilogram w inny sposób. Dlatego.

Podczas gdy możemy sądzić, że różne jednostki miary są ich własnymi prawami naturalnymi, zdefiniowanymi w odniesieniu do siebie nawzajem - na przykład dzień wynosi 24 godziny, a godzina 60 minut, a minuta to 60 sekund - prawda jest taka, że ​​jednostki pomiary były historycznie definiowane w kategoriach jakiegoś konkretnego zjawiska na świecie. W metrologii, badaniu pomiarów, te konkretne zjawiska są znane jako artefakty.

Jak powiedział w czwartek w tweeterze inżynier Max Fagin, naukowcy przeszli długą drogę przez wiele lat, aby dowiedzieć się, jak wyjść poza artefakty, aby mogli mierzyć rzeczy bez konieczności umieszczania ich obok innych rzeczy. Na przykład sekundę mierzono jako 1 / 31556925.9747 czasu potrzebnego Ziemi na okrążenie słońca. Teraz jest zdefiniowany jako czas potrzebny elektronowi w atomie cezu-133 na oscylowanie 9 192 631,770 razy. Może się to wydawać niepotrzebnie specyficzne i szczerze dziwne, ale definiując jednostkę miary w kategoriach zachowania atomu, naukowcy mogą powiedzieć z dużą dozą pewności, że sekunda to sekunda, bez względu na to, gdzie jesteś we wszechświecie - i nie ważne, czy masz stoper.

W skrócie, naukowcy przenieśli standardowy punkt odniesienia dla pomiarów obiektów stworzonych przez człowieka i na uniwersalne stałe. Wszystko z wyjątkiem kilograma.

Listopad jest tutaj, a to oznacza, że ​​nadchodzi ogromna zmiana. Przez „masywne” mam oczywiście na myśli redefinicję kilogramowej jednostki masy, którą świat buduje od ponad 100 lat. Pozwól mi wyjaśnić: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@MaxFagin) 1 listopada 2018 r

Drugi, jak kilogram, metr i cztery inne jednostki, tworzą jednostki międzynarodowe Systéme. Są to najbardziej podstawowe jednostki miar, na których opierają się wszystkie inne. Obecnie większość jednostek SI można określić bez pewnego rodzaju artefaktu, ale pomiar kilograma jest znacznie trudniejszy, ponieważ wymaga skomplikowanych obliczeń, które są bardziej skomplikowane przez grawitację. W końcu, chociaż często myślimy o masie i wadze tak samo, nie są. Masa, mierzona w kilogramach, określa ilość materii w obiekcie. Ale tak naukowcy planują uczynić IPK przestarzałym.

4 / U podstawy tej wieży znajdują się jednostki podstawowe SI. Zaledwie 7 jednostek podstawowych SI definiuje każdą istniejącą jednostkę. Oni są:

Kilogram, kg (masa)

Metr, m (odległość)

Po drugie, s (czas)

Kelvin, K (temp)

Amper, A (prąd elektryczny)

Candela, cd (natężenie światła)

Kret, mol (ilość) pic.twitter.com/Qe2jS13kEn

- Max Fagin (@MaxFagin) 1 listopada 2018 r

To tutaj przychodzi równowaga Kibble, aby nas uratować. To urządzenie, które jest rozwijane przez wiele laboratoriów. Krajowy Instytut Standardów i Technologii w USA oraz Narodowe Laboratorium Fizyczne w Anglii pracują nad tym urządzeniem, które, miejmy nadzieję, zredefiniuje kilogram w kategoriach stałej Plancka, która jest kluczowa dla naszego zrozumienia mechaniki kwantowej. W skrócie, urządzenie to nie określa masy przez pomiar masy, ale przez pomiar siły elektromagnetycznej między dwiema płytami. Och, i wszystko odbywa się w próżni.

Równowaga Kibble, mówiąc po prostu, powinna być w stanie zmierzyć masę obiektu - na przykład IPK - pod względem mocy elektrycznej. Aby zaangażować całą matematykę, sprawdź poniższe wideo. Dla każdego, kto nie jest wtajemniczony w fizykę, wystarczy powiedzieć, że równowaga Kibble powinna pomóc naukowcom na nowo zdefiniować kilogram.

„Jednym z głównych powodów podjęcia tej pracy jest zapewnienie bezpieczeństwa międzynarodowego” - powiedział Ian Robinson, szef działu pomiarów technicznych w Narodowym Laboratorium Fizycznym. Delano. „Jeśli Pavillon de Breteuil” - gdzie IPK jest przechowywany - „spłonęło jutro, a kilogram w jego skarbcach się stopił, nie mielibyśmy odniesienia do systemu metrycznych wag na świecie. Byłby chaos. Obecna definicja kilograma to przecież waga tego cylindra w Paryżu. ”

I to nie jest wystarczająco dobre dla międzynarodowej nauki.