Sposób, w jaki definiujemy kilogramy, metry i sekundy, zmienia się dzisiaj Nowy standard definiuje kilogram od 20 maja 2019 r. Shutterstock/Piotr Wytrazek

Cały czas mierzymy rzeczy – jak długo, jak ciężko, jak gorąco itd. – ponieważ potrzebujemy takich rzeczy jak handel, zdrowie i wiedza. Ale upewnienie się, że nasze pomiary porównują jabłka z jabłkami, było wyzwaniem: jak sprawdzić, czy moja waga w kilogramach lub metr długości jest taka sama jak twoja.

Na przestrzeni lat podejmowano próby określenia jednostek miary. Ale 20 maja 2019 r. – Międzynarodowy Dzień Metrologii – widzi pełna rewizja z tych standardów wchodzą w grę.

Nic nie zauważysz – nie będziesz cięższy ani lżejszy niż poprzedniego dnia – ponieważ przejście zostało wykonane płynnie.

Tylko definicje siedmiu podstawowych jednostek SI (Système International d'Unités, czyli Międzynarodowy Układ Jednostek Miar) są teraz zupełnie inne niż wczoraj.

wewnętrzna grafika subskrypcji

Sposób, w jaki definiujemy kilogramy, metry i sekundy, zmienia się dzisiaj Nowe definicje wzorców (SI) dla kilograma (kg), metra (m), sekundy (s), ampera (A), kelwina (K), mola (mol) i kandeli (cd). BRZĘCZYK, CC BY-ND

Jak kiedyś mierzyliśmy

Ludzie zawsze potrafili liczyć, ale w miarę ewolucji szybko przeszliśmy do mierzenia długości, ciężaru i czasu.

Egipscy faraonowie spowodowali, że piramidy budowano na podstawie długości królewskiego przedramienia, znanego jako łokieć królewski. Było to przestrzegane i rozpowszechniane przez księży inżynierów, którzy utrzymywali ten standard pod groźbą śmierci.

Sposób, w jaki definiujemy kilogramy, metry i sekundy, zmienia się dzisiaj Metrologia w akcji – ważenie dusz zmarłych i egipski łokieć królewski (czarny pręt). Brynna Hibberta

Ale łokieć nie był stałą jednostką w czasie – wynosił około pół metra, plus minus kilkadziesiąt milimetrów według dzisiejszej miary.

Pierwszą sugestię dotyczącą uniwersalnego zestawu miar dziesiętnych przedstawił John Wilkins w 1668 r., ówczesny sekretarz Towarzystwa Królewskiego w Londynie.

Impuls do zrobienia czegoś praktycznego przyszedł wraz z rewolucją francuską. To Francuzi zdefiniowali pierwsze standardy długości i masy, z dwoma platynowymi wzorcami reprezentującymi metr i kilogram 22 czerwca 1799 r. W Archives de la République w Paryżu.

Uzgodnione standardy

Naukowcy poparli ten pomysł, a szczególnie gorliwy był niemiecki matematyk Carl Friedrich Gauss. Przedstawiciele 17 narodów zebrali się, aby stworzyć Międzynarodowy Układ Jednostek Miar poprzez podpisanie tzw Traktat o Konwencji Metrycznej w maju 20, 1875.

Francja, której uliczna wiarygodność ucierpiała w wojnie francusko-pruskiej i nie była już taką naukową potęgą jak kiedyś, zaoferowała zrujnowany zamek w Lesie Saint-Cloud jako międzynarodowy dom dla nowego systemu.

Sposób, w jaki definiujemy kilogramy, metry i sekundy, zmienia się dzisiaj BIPM, siedziba SI. Brynn Hibbert (2012)

W Pavilion de Breteuil nadal mieści się Bureau International de Poids et Mesures (BRZĘCZYK), gdzie rezyduje Międzynarodowy Prototyp Kilograma (odtąd Big K) w dwóch sejfach i trzech szklanych słojach.

Big K to wypolerowany blok platynowo-irydowy używany do określenia kilograma, względem którego ostatecznie mierzone są wszystkie kilogramy. (Oryginał został zważony tylko trzy razy w porównaniu z kilkoma niemal identycznymi kopiami).

Sposób, w jaki definiujemy kilogramy, metry i sekundy, zmienia się dzisiaj Międzynarodowy prototyp kilograma (Big K). Zdjęcie dzięki uprzejmości BIPM

Brytyjczycy, którzy byli prominentni w dyskusjach i dostarczyli kilogram platynowo-irydowy, odmawiali podpisania traktatu aż do 1884 roku.

Nawet wtedy nowy system był używany tylko przez naukowców, a życie codzienne mierzono w tradycyjnych jednostkach imperialnych, takich jak funty i uncje, stopy i cale.

Stany Zjednoczone podpisały traktat tego dnia, ale nigdy go nie wdrożyły, trzymając się własnej wersji brytyjskiego systemu imperialnego, z którego nadal w większości korzystają.

Stany Zjednoczone mogły jednak żałować tej decyzji w 1999 r., kiedy sonda Mars Climate Orbiter (MCO) zaginął w akcji. The zgłosić zdarzenie, dziwnie nazwany „nieszczęśliwym wypadkiem” (który kosztował 193.1 mln USD w 1999 r.), powiedział:

[…] podstawową przyczyną utraty statku kosmicznego MCO był brak użycia jednostek metrycznych w kodowaniu pliku oprogramowania naziemnego „Small Forces”, używanego w modelach trajektorii.

Zasadniczo statek kosmiczny zaginął w atmosferze Marsa, gdy wszedł na orbitę niżej niż planowano.

Nowe definicje SI

Skąd więc dzisiejsza zmiana? Główne problemy z poprzednimi definicjami dotyczyły w przypadku tzw kilogram, nie były stabilne i nie można było zrealizować jednostki prądu elektrycznego, ampera.

A na podstawie ważenia z oficjalnymi kopiami uważamy, że Big K powoli tracił masę.

Wszystkie jednostki są teraz definiowane w wspólny sposób przy użyciu tego, co BIPM nazywa „wyraźna stałasformułowanie.

Pomysł polega na tym, że bierzemy uniwersalną stałą – na przykład prędkość światła w próżni – i od teraz ustalamy jej wartość liczbową na naszej najlepiej zmierzonej wartości, bez niepewności.

Rzeczywistość jest ustalona, ​​​​liczba jest ustalona, ​​więc jednostki są teraz zdefiniowane.

Dlatego musieliśmy znaleźć siedem stałych i upewnić się, że wszystkie pomiary są spójne, w ramach niepewności pomiaru, a następnie rozpocząć odliczanie do dnia dzisiejszego. (Wszystkie szczegóły techniczne są dostępny tutaj.)

Australia miała swój udział w stworzeniu najbardziej okrągłego makroskopowego obiektu na Ziemi, krzemowej kuli używanej do pomiaru Stała Avogadro, liczba podmiotów w ustalonej ilości substancji. To teraz definiuje jednostkę SI, mol, używaną głównie w chemii.

Sposób, w jaki definiujemy kilogramy, metry i sekundy, zmienia się dzisiaj Walter Giardini z National Measurement Institute Australia trzymający krzemową kulę w ramach projektu Avogadro. Brynna Hibberta

Od standardu do artefaktu

A co z Big K – standardowym kilogramem? Dziś staje się obiektem o wielkim znaczeniu historycznym, który można zważyć, a jego masa będzie obarczona niepewnością pomiaru.

Od dzisiaj kilogram jest definiowany za pomocą stałej Plancka, czyli czegoś, co nie różni się od fizyki kwantowej.

Wyzwanie polega teraz na wyjaśnieniu tych nowych definicji ludziom – zwłaszcza osobom niebędącym naukowcami – tak, aby je zrozumieli. Porównanie kilograma do metalowego bloku jest łatwe.

Technicznie rzecz biorąc, kilogram (kg) jest teraz zdefiniowane:

[…] przyjmując ustaloną wartość liczbową stałej Plancka h być 6.626 070 15 × 10-34 wyrażona w jednostce J s, która jest równa kg m2 s-1, gdzie metr i drugi są definiowane jako c I ??Cs.

O autorze

David Brynn Hibbert, emerytowany profesor chemii analitycznej, UNSW

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon