RIP Kilogram, který už nikdy nebude stejný

Většina lidí ví, kolik libry váží - 16 uncí. Světský mezi námi může vědět, že kilogram je 2,2 liber - nebo 1000 gramů. Ale my opravdu víte, co tato čísla znamenají? Dohodnout se na jednotkách měření je mnohem složitější, než by se mohlo zdát, a způsob, jakým se lidé shodují na váhách po celém světě, se chystá zcela změnit.

Po více než století je světovým standardem pro kilogram Mezinárodní prototyp Kilogramu, válec vyrobený z platiny a iridia, který je uložen v Bureau International des Poids et Mesures (Mezinárodní úřad pro váhy a míry) ve Francii. BIPM je mezinárodní organizace, která pomáhá standardizovat mezinárodní vědu a obchod stanovením standardů pro měření, na kterých se všichni shodneme. Proto má BIPM IPK: Bez tohoto těžkého malého válce by svět neměl standardní kilogram, aby určil, co kilogram váží. Kopie IPK (někdy láskyplně označované jako „Le Grand K“) byly distribuovány po celém světě, takže členské země mohou tento standard udržovat a každých 40 let se měří IPK, aby se ujistil, že je stále kilogram. Nedávná měření ukázala, že masy těchto velkých Ks se liší, což by mohlo znamenat chaos pro obchod, vědu a potenciálně takové citlivé oblasti, jako je raketa, ve které musí být výpočty přesné.

Tento systém může znít bizarně a archaicky, ale je tu dobrý důvod, proč svět používal tuto referenční váhu po mnoho let: Je opravdu těžké zjistit, jaký kilogram je jinak. Zde je důvod, proč.

Zatímco si myslíme, že různé měrné jednotky jsou jejich vlastní přirozené zákony, které jsou navzájem definovány - například den je 24 hodin, hodina je 60 minut a minuta 60 sekund - pravdou je, že jednotky měření bylo historicky definováno z hlediska konkrétního fenoménu ve světě. V metrologii, studiu měření, jsou tyto konkrétní jevy známy jako artefakty.

Jako inženýr pro letecký a kosmický průmysl Max Fagin ve čtvrtek načrtl ve vlákně tweetu, že vědci v uplynulých letech přišli na dlouhou cestu, když přijde na to, jak se pohybovat za artefakty, aby mohli měřit věci, aniž by je museli umístit vedle jiných věcí. Například, sekunda byla měřena jako 1 / 31556925.9747 času potřebného k tomu, aby Země prošla kolem slunce. Nyní je definováno jako množství času, který trvá, než elektron v atomu cesia-133 osciluje 9,192,631,770 krát. To může znít zbytečně specificky a upřímně bizarně, ale definováním jednotky měření z hlediska chování atomu mohou vědci s přiměřeným stupněm jistoty říci, že sekunda je druhá, bez ohledu na to, kde jste ve vesmíru - a ne. zda máte stopky.

Stručně řečeno, vědci posunuli standardní referenční bod pro měření mimo lidské objekty a na univerzální konstanty. Všechno kromě kilogramu.

Listopad je tady, a to znamená, že přichází masivní posun. A "masivním" samozřejmě odkazuji na předefinování kilogramové jednotky hmoty, kterou svět buduje více než 100 let. Dovolte mi vysvětlit: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@ MaxFagin) 1. listopadu 2018

Druhá, stejně jako kilogram, metr a další čtyři jednotky, tvoří jednotky systému Systéme International. Toto jsou nejzákladnější jednotky měření, na kterých jsou založeny všechny ostatní. V současné době lze většinu jednotek SI určit bez nějakého artefaktu, ale měření kilogramu je mnohem obtížnější, protože vyžaduje složité výpočty, které jsou komplikovány gravitací. Koneckonců, i když často považujeme hmotnost a váhu za stejnou, nejsou. Hmotnost, měřená v kilogramech, je, kolik hmoty je v objektu. Tak vědci plánují, že IPK bude zastaralá.

4 / Na základně této věže jsou základní jednotky SI. Pouze 7 základních jednotek SI definuje každou jinou jednotku v existenci. Oni jsou:

Kilogram, kg (hmotnost)

Metr, m (vzdálenost)

Druhá, s (čas)

Kelvin, K (temp)

Ampér, A (elektrický proud)

Candela, cd (světelná intenzita)

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

- Max Fagin (@ MaxFagin) 1. listopadu 2018

To je místo, kde Kibble Balance přichází, aby nás zachránil. Toto zařízení, které je ve vývoji několika laboratoří. Národní institut pro standardy a technologie v USA a Národní fyzikální laboratoř v Anglii pracují na tomto zařízení, které doufejme, že předefinuje kilogram ve smyslu Planckovy konstanty, což je číslo, které je klíčové pro naše chápání kvantové mechaniky. Stručně řečeno, toto zařízení neurčuje hmotnost měřením hmotnosti, ale měřením elektromagnetické síly mezi dvěma deskami. A všechno je ve vakuu.

Kibble Balance, aby to jednoduše řekl, by měl být schopen měřit hmotnost objektu - například IPK - z hlediska elektrické energie. Chcete-li získat všechny matematiky, podívejte se na video níže. Pro kohokoli, kdo není ve fyzicky zdatné fyzice, postačí říci, že Kibble Balance by měla vědcům pomoci znovu definovat kilogram.

„Jedním z klíčových důvodů pro tuto práci je zajištění mezinárodní bezpečnosti,“ řekl Ian Robinson, ředitel divize technických měření v National Physical Laboratory. Delano. "Kdyby Pavillon de Breteuil" - kde je IPK uložena - zítra vyhořel a kilogram v jeho klenbách se roztavil, neměli bychom žádný odkaz na systém metrických váh. Byl by chaos. Současná definice kilogramu je koneckonců hmotnost tohoto válce v Paříži. “

A to není pro mezinárodní vědu dost dobré.