RIP Kilogram, ktorý už nikdy nebude rovnaký

Väčšina ľudí vie, koľko libra váži - 16 uncí. Svetský medzi nami môže vedieť, že kilogram je 2,2 libier - alebo 1 000 gramov. Ale my naozaj vedieť, čo tieto čísla znamenajú? Dohodnutie sa na jednotkách merania je oveľa zložitejšie, než by sa mohlo zdať, a spôsob, akým sa ľudia zhodujú na váhách na celom svete, sa chystá úplne zmeniť.

Viac ako storočie je svetovým štandardom pre kilogram Medzinárodný prototyp Kilogramu, valec vyrobený z platiny a irídia, ktorý je uložený v Bureau International des Poids et Mesures (Medzinárodný úrad pre váhy a miery) vo Francúzsku. BIPM je medzinárodná organizácia, ktorá pomáha štandardizovať medzinárodnú vedu a obchod stanovením noriem pre merania, na ktorých sa všetci zhodneme. Preto má BIPM IPK: Bez tohto ťažkého malého valca by svet nemal štandardný kilogram na určenie toho, čo kilogram váži. Kópie IPK (niekedy s láskavým odkazom ako „Le Grand K“) boli distribuované po celom svete, takže členské krajiny môžu tento štandard zachovať a každých 40 rokov sa meria IPK, aby sa ubezpečil, že je stále kilogram. Nedávne merania však ukázali, že masy týchto veľkých Ks sa odlišujú, čo by mohlo znamenať chaos pre obchod, vedu a potenciálne také citlivé oblasti ako raketa, v ktorej musia byť výpočty presné.

Tento systém môže znieť bizarne a archaicky, ale je tu dobrý dôvod, prečo svet používal túto referenčnú hmotnosť už toľko rokov: Je naozaj ťažké zistiť, čo je kilogram iným spôsobom. Tu je dôvod, prečo.

Zatiaľ čo si môžeme myslieť, že rôzne jednotky merania sú ich vlastnými prírodnými zákonmi, ktoré sú navzájom definované - napríklad deň je 24 hodín a hodina je 60 minút a minúta je 60 sekúnd - pravdou je, že jednotky jednotky merania boli historicky definované z hľadiska určitého konkrétneho javu vo svete. V metrológii, štúdiu merania, sú tieto konkrétne javy známe ako artefakty.

Ako inžinier pre letectvo a kozmonaut Max Fagin načrtol vo štvrtok vo tweetovej metóde vedci, že v priebehu rokov, keď príde na to, ako sa pohybovať mimo artefaktov, vedia urobiť dlhú cestu, aby mohli merať veci bez toho, aby ich museli umiestniť vedľa iných vecí. Napríklad druhý bol meraný ako 1 / 31556925,9747 času, ktorý potrebuje Zem na to, aby obiehala okolo Slnka. Teraz je definovaný ako čas potrebný na to, aby elektrón v atóme cézia-133 osciloval 9,192,631,770 krát. To môže znieť zbytočne špecificky a úprimne bizarne, ale definovaním jednotky merania z hľadiska správania sa atómov vedci môžu s primeranou istotou povedať, že sekunda je druhá, bez ohľadu na to, kde ste vo vesmíre - a nie záleží na tom, či máte stopky.

Stručne povedané, vedci posunuli štandardný referenčný bod pre meranie mimo ľudských objektov a univerzálnych konštánt. Všetko okrem kilogramu.

November je tu, a to znamená, že prichádza masívny posun. A „masívnym“ samozrejme hovorím o redefinícii kilogramovej jednotky hmotnosti, ktorú svet buduje viac ako 100 rokov. Dovoľte mi vysvetliť: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@ MaxFagin) 1. novembra 2018

Druhá, ako kilogram, meter a štyri ďalšie jednotky, tvoria jednotky systému Systéme International. Toto sú najzákladnejšie jednotky merania, na ktorých sú založené všetky ostatné. V súčasnosti možno väčšinu jednotiek SI určiť bez nejakého artefaktu, ale meranie kilogramu je oveľa ťažšie, pretože vyžaduje zložité výpočty, ktoré sú komplikované gravitáciou. Koniec koncov, aj keď často považujeme hmotnosť a hmotnosť za rovnakú, nie sú. Hmotnosť, meraná v kilogramoch, je, koľko hmoty je v objekte. Ale vedci plánujú, že IPK bude zastaraná.

4 / Na základni tejto veže sú základňové jednotky SI. Iba 7 základných jednotiek SI definuje každú inú jednotku v existencii. Oni sú:

Kilogram, kg (hmotnosť)

Meter, m (vzdialenosť)

Po druhé, s (čas)

Kelvin, K (temp)

Ampér, A (elektrický prúd)

Candela, cd (svetelná intenzita)

Mole, mol (množstvo) pic.twitter.com/Qe2jS13kEn

- Max Fagin (@ MaxFagin) 1. novembra 2018

Tu prichádza Kibble Balance, aby nás zachránil. Toto zariadenie, ktoré je vo vývoji viacerých laboratórií. Národný inštitút pre štandardy a technológie v USA a Národné fyzikálne laboratórium v ​​Anglicku pracujú na tomto zariadení, ktoré dúfajme, že predefinuje kilogram v zmysle Planckovej konštanty, čo je číslo, ktoré je základom nášho chápania kvantovej mechaniky. Stručne povedané, toto zariadenie neurčuje hmotnosť meraním hmotnosti, ale meraním elektromagnetickej sily medzi dvoma platňami. Oh, a je to všetko vo vákuu.

Kibble Balance, jednoducho povedané, by mal byť schopný merať hmotnosť objektu - napríklad IPK - z hľadiska elektrickej energie. Ak chcete získať všetky matematiky, pozrite sa na video nižšie. Pre kohokoľvek, kto nie je do fyziky, je postačujúce povedať, že Kibble Balance by mal pomôcť vedcom predefinovať kilogram.

„Jedným z kľúčových dôvodov pre túto prácu je zabezpečenie medzinárodnej bezpečnosti,“ povedal Ian Robinson, vedúci oddelenia technických meraní v National Physical Laboratory. Delano, „Ak Pavillon de Breteuil“ - kde je IPK uložená - „zajtra vyhorel a kilogram v jeho klenbách sa roztopil, nemali by sme žiadny odkaz na systém metrických váh na svete. Tam by bol chaos. Aktuálna definícia kilogramu je vlastne hmotnosť tohto valca v Paríži. “

A to nie je dosť dobré pre medzinárodnú vedu.