RIP Kilogram, ki ne bo nikoli več isti

Večina ljudi ve, koliko tehta funt - 16 unč. Svetovni med nami lahko ve, da je kilogram 2,2 kilograma ali 1000 gramov. Ampak ali mi resnično veste, kaj te številke pomenijo? Dogovor o merilnih enotah je veliko bolj zapleten, kot se zdi, in način, kako se ljudje strinjajo glede uteži po svetu, se bo popolnoma spremenil.

Že več kot stoletje je svetovni standard za kilogram mednarodni prototip kilograma, valj, izdelan iz platine in iridija, ki je shranjen v Mednarodnem uradu za uteži in meritve (Bureau International des Poids et Mesures) v Franciji. BIPM je mednarodna organizacija, ki pomaga standardizirati mednarodno znanost in trgovino z vzpostavitvijo standardov za meritve, o katerih se lahko vsi strinjamo. Zato ima BIPM IPK: brez tega težkega cilindra svet ne bi imel standardnega kilograma, da bi ugotovil, kaj tehta kilogram. Kopije IPK (včasih ljubeče imenovane "Le Grand K") so bile razdeljene po vsem svetu, tako da lahko države članice ohranijo standard, in vsakih 40 let IPK merimo, da se prepričamo, da je še vedno kilogram. Najnovejše meritve pa so pokazale, da se množice teh velikih Ks razlikujejo, kar bi lahko pomenilo kaos za trgovino, znanost in potencialno tako občutljiva področja, kot je raketna tehnika, v kateri morajo biti preračuni natančni.

Ta sistem lahko zveni bizarno in arhaično, vendar obstaja dober razlog, zakaj svet uporablja to referenčno težo že toliko let: res je težko ugotoviti, kakšen kilogram je kakšen drug način. Zato.

Medtem ko lahko mislimo, da so različne merske enote njihovi naravni zakoni, ki so definirani glede na drug drugega - na primer, dan je 24 ur, ura pa 60 minut in minuto 60 sekund - resnica je, da enote merjenje je bilo zgodovinsko opredeljeno v smislu nekega konkretnega pojava v svetu. V meroslovju, študiju merjenja, so ti konkretni pojavi znani kot artefakti.

Kot je v četrtek opisal letalski inženir Max Fagin, so znanstveniki skozi leta naredili veliko pot, da bi ugotovili, kako preseči artefakte, da lahko merijo stvari, ne da bi jih morali postavljati poleg drugih stvari. Na primer, sekunda je bila izmerjena kot 1 / 31556925.9747 časa, ki je potreben, da Zemlja zaide okoli sonca. Sedaj je opredeljen kot čas, ki ga potrebuje elektron v cezij-133 atomu, da niha 9,192,631,770-krat. To lahko zveni nepotrebno specifično in odkrito bizarno, toda z določitvijo merske enote glede na obnašanje atoma lahko znanstveniki s precejšnjo gotovostjo trdijo, da je sekunda druga, ne glede na to, kje ste v vesolju - in ne ne glede na to, ali imate štoparico.

Skratka, znanstveniki so preselili standardno referenčno točko za meritve iz človeških predmetov in na univerzalne konstante. Vse razen kilograma.

November je tu in to pomeni, da prihaja ogromen premik. In z "masivnim" seveda se nanašam na ponovno opredelitev kilogramske mase mase, ki jo je svet gradil že več kot 100 let. Naj razložim: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@MaxFagin) 1. november 2018

Drugi, kot kilogram, meter in štiri druge enote, sestavljajo enote Systéme International. To so najosnovnejše enote meritev, na katerih temeljijo vsi drugi. Danes je večino enot SI mogoče določiti brez neke vrste artefakta, vendar je merjenje kilograma veliko težje, ker zahteva kompleksne izračune, ki so zaradi težnosti bolj zapleteni. Navsezadnje, čeprav pogosto mislimo, da sta masa in teža enaka, nista. Masa, merjena v kilogramih, je količina snovi v predmetu. Vendar tako načrtujejo znanstveniki, da IPK postanejo zastareli.

4 / Na dnu tega stolpa so osnovne enote SI. Samo 7 osnovnih enot SI opredeljuje vsako drugo obstoječo enoto. To so:

Kilogram, kg (masa)

Merilnik, m (razdalja)

Drugi, čas (čas)

Kelvin, K (temp)

Amper, A (električni tok)

Candela, cd (svetlobna jakost)

Mol, mol (količina) pic.twitter.com/Qe2jS13kEn

- Max Fagin (@MaxFagin) 1. november 2018

Tukaj prihaja Kibble Balance, da nas reši. Ta naprava, ki jo razvija več laboratorijev. Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo v ZDA in Nacionalni fizikalni laboratorij v Angliji delata na tej napravi, ki bo, upajmo, redefinirala kilogram glede na Planckovo konstanto, kar je ključno za naše razumevanje kvantne mehanike. Skratka, ta naprava ne določa mase z merjenjem teže, temveč z merjenjem elektromagnetne sile med dvema ploščama. Oh, in vse je opravljeno v vakuumu.

Preprosto povedano, bilanca Kibble bi morala biti zmožna izmeriti maso predmeta - IPK, na primer - v smislu električne energije. Oglejte si video spodaj. Za vsakogar, ki ni v gnojni fiziki, pa je dovolj reči, da bi bilanca Kibble pomagala znanstvenikom redefinirati kilogram.

"Eden od ključnih razlogov za to delo je zagotavljanje mednarodne varnosti," je za Luksemburške novice povedal Ian Robinson, vodja oddelka za inženirske meritve National Physical Laboratory. Delano. »Če bo Pavillon de Breteuil« - kjer je IPK shranjeno - »izgorel jutri in kilogram v svojih trezorjih stopil, ne bi imeli nobene reference za svetovni metrični sistem uteži. Bilo bi kaosa. Trenutna definicija kilograma je navsezadnje teža tega valja v Parizu."

In to ni dovolj dobro za mednarodno znanost.