RIP Kilogram, koji nikada neće biti isti opet

Većina ljudi zna koliko kilograma teži - 16 unci. Svjetovni među nama znaju da je kilogram 2,2 kilograma ili 1000 grama. Ali jesmo li stvarno znate što znače ti brojevi? Dogovor o mjernim jedinicama mnogo je složeniji nego što se čini, a način na koji se ljudi slažu oko težina širom svijeta uskoro će se u potpunosti promijeniti.

Više od jednog stoljeća, svjetski standard za kilogram bio je Međunarodni prototip kilograma, cilindar od platine i iridija koji je pohranjen u Međunarodnom uredu za težine i mjere u Francuskoj. BIPM je međunarodna organizacija koja pomaže standardizirati međunarodnu znanost i trgovinu uspostavljanjem standarda za mjerenja o kojima se svi možemo složiti. Zbog toga BIPM ima IPK: bez ovog teškog cilindra svijet ne bi imao standardni kilogram da bi odredio težinu kilograma. Kopije IPK-a (koje se ponekad nazivaju "Le Grand K") distribuirane su diljem svijeta tako da zemlje članice mogu održavati standard, a svakih 40 godina IPK se mjeri kako bi se osiguralo da je još uvijek kilogram. Nedavna mjerenja su, međutim, pokazala da se mase tih velikih Ks razlikuju, što bi moglo značiti kaos za trgovinu, znanost i potencijalno tako osjetljiva područja kao što je raketna tehnika, u kojoj proračuni moraju biti precizni.

Ovaj sustav može zvučati bizarno i arhaično, ali postoji dobar razlog zašto je svijet koristio ovu referentnu težinu toliko godina: doista je teško shvatiti koji je kilogram drugi način. Evo zašto.

Dok možemo misliti da su različite mjerne jedinice njihovi vlastiti prirodni zakoni, definirani u odnosu jedni na druge - na primjer, dan je 24 sata, a sat je 60 minuta, a minuta 60 sekundi - istina je da jedinice mjerenje je povijesno definirano u smislu nekog konkretnog fenomena u svijetu. U mjeriteljstvu, proučavanju mjerenja, ovi konkretni fenomeni poznati su kao artefakti.

Kao što je zrakoplovni inženjer Max Fagin u četvrtak opisao u cvrkutu, znanstvenici su prošli dug put tijekom godina kada je u pitanju otkrivanje kako preći preko artefakata kako bi mogli mjeriti stvari bez potrebe da ih stavljaju pored drugih stvari. Na primjer, sekunda se mjerila kao 1 / 31556925.9747 u vremenu koje je potrebno Zemlji da obiđe Sunce. Sada se definira kao vrijeme potrebno da elektron u atomu cezij-133 oscilira 9,192,631,770 puta. Ovo može zvučati nepotrebno specifično i iskreno bizarno, ali definiranjem mjerne jedinice u smislu ponašanja atoma, znanstvenici mogu sa sigurnošću reći da je sekunda druga, bez obzira gdje se nalazite u svemiru - i ne da li imate štopericu.

Ukratko, znanstvenici su pomaknuli standardnu ​​referentnu točku za mjerenja s ljudskih objekata i na univerzalne konstante. Sve osim kilograma.

Studeni je ovdje, a to znači da dolazi golema promjena. A pod "masivnim", naravno, mislim na redefiniranje kilogramske mase mase koju svijet gradi više od 100 godina. Dopustite mi da objasnim: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@MaxFagin) 1. studenog 2018

Drugi, kao kilogram, metar i četiri druge jedinice, čine jedinice Systéme International. To su najosnovnije jedinice mjerenja na kojima se temelje svi ostali. Danas se većina SI jedinica može odrediti bez neke vrste artefakta, ali mjerenje kilograma je mnogo teže jer zahtijeva složene izračune koji su složeniji zbog gravitacije. Naposljetku, dok često masu i težinu smatramo istom, nisu. Masa, izmjerena u kilogramima, je količina tvari u objektu. No to je ono što znanstvenici planiraju učiniti IPK zastarjelim.

4 / U podnožju ove kule su SI jedinice. Samo 7 osnovnih jedinica SI definira svaku drugu jedinicu u postojanju. Oni su:

Kilogram, kg (masa)

Brojilo, m (udaljenost)

Drugo, s (vrijeme)

Kelvin, K (temp)

Amper, A (električna struja)

Candela, cd (intenzitet svjetlosti)

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

- Max Fagin (@MaxFagin) 1. studenog 2018

Ovo je mjesto gdje Kibble Balance dolazi da nas spasi. Ovaj uređaj, koji je u izradi više laboratorija. Nacionalni institut za standarde i tehnologiju u SAD-u i Nacionalni fizički laboratorij u Engleskoj rade na ovom uređaju, koji će, nadamo se, redefinirati kilogram u smislu Plankove konstante, broj koji je ključan za naše razumijevanje kvantne mehanike. Ukratko, ovaj uređaj ne određuje masu mjerenjem težine, već mjerenjem elektromagnetske sile između dvije ploče. Oh, i sve je u vakuumu.

Balans Kibble, jednostavno rečeno, trebao bi biti u stanju izmjeriti masu nekog objekta - IPK, na primjer - u smislu električne energije. Da biste dobili sve uključene matematike, pogledajte videozapis u nastavku. Međutim, za svakoga tko nije u gustoj fizici, dovoljno je reći da bi Kibble Balance trebao pomoći znanstvenicima da redefiniraju kilogram.

"Jedan od ključnih razloga za obavljanje ovog posla je pružanje međunarodne sigurnosti", izjavio je Ian Robinson, voditelj odjela za inženjerske mjerenja u Nacionalnom fizikalnom laboratoriju, Delano, "Ako je Pavillon de Breteuil" - gdje je IPK pohranjen - "sutra izgorio i kilogram u njegovim trezorima istopljen, ne bismo imali nikakvu referencu za svjetski sustav mjerenja težine. Bit će kaosa. Trenutna definicija kilograma jest težina tog cilindra u Parizu.

A to nije dovoljno dobro za međunarodnu znanost.