RIP кілограм, який ніколи не буде те ж саме знову

Більшість людей знають, скільки важить фунт - 16 унцій. Мирський серед нас може знати, що кілограм становить 2,2 фунта - або 1000 грамів. Але ми дійсно знати, що означають ці цифри? Домовленість про одиниці виміру є набагато складнішою, ніж може здатися, і те, як люди погоджуються з вагою у всьому світі, збирається повністю змінитися.

Протягом більше століття світовим стандартом для кілограма був Міжнародний прототип кілограми, циліндр з платини і іридію, який зберігається в Міжнародному бюро міжнародних ваг і заходів у Франції. BIPM - це міжнародна організація, яка допомагає стандартизувати міжнародну науку та торгівлю шляхом встановлення стандартів для вимірювань, про які ми всі можемо погодитися. Ось чому у BIPM є IPK: без цього важкого маленького циліндра, у світі не було б стандартного кілограма, щоб визначити, що важить кілограм. Копії IPK (іноді ласкаво називаються "Le Grand K") були поширені по всьому світу, тому країни-члени можуть підтримувати стандарт, і кожні 40 років IPK вимірюється, щоб переконатися, що він все ще є кілограм. Нещодавні вимірювання показали, однак, що маси цих великих кс розходяться, що може означати хаос для торгівлі, науки і потенційно таких чутливих областей, як ракетна техніка, в якій розрахунки повинні бути точними.

Ця система може здатися химерною і архаїчною, але є вагома причина, чому світ використовував цю референтну вагу протягом багатьох років: насправді важко зрозуміти, який кілограм є іншим способом. Ось чому.

В той час, як ми можемо думати, що різні одиниці вимірювання є їхніми природними законами, визначеними по відношенню один до одного - наприклад, день становить 24 години, а година становить 60 хвилин, а хвилина становить 60 секунд - правда, що одиниці історично було визначено вимірювання в певному конкретному явищі у світі. У метрології, при вивченні вимірювань, ці конкретні явища відомі як артефакти.

Як аерокосмічний інженер Макс Фагін виклав у потоці твітів у четвер, вчені пройшли довгий шлях протягом багатьох років, коли справа доходить до з'ясування того, як вийти за межі артефактів, щоб вони могли виміряти речі, не ставлячи їх поруч з іншими речами. Наприклад, секунда, що використовується для вимірювання 1 / 31556925.9747 часу, необхідного для того, щоб Земля обійшла Сонце. Тепер воно визначається як кількість часу, необхідного для того, щоб електрон у атомі цезію-133 коливався 9,192,631,770 разів. Це може звучати необов'язково специфічно і відверто дивно, але, визначивши одиницю вимірювання з точки зору поведінки атома, вчені можуть сказати з певним ступенем впевненості, що друга секунда, незалежно від того, де ви знаходитесь у Всесвіті - і ні чи є у вас секундомір.

Коротше кажучи, вчені перенесли стандартну точку відліку для вимірювань від створених людиною об'єктів і на універсальні константи. Все, крім кілограма.

Листопад тут, і це означає, що настає масовий зсув. І «масовим» я, звичайно, маю на увазі переосмислення кілограмової одиниці маси, яку світ будував більше 100 років. Дозвольте мені пояснити: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Макс Фагін (@MaxFagin) 1 листопада 2018 року

Другий, як кілограм, лічильник і чотири інші одиниці, складають одиниці Systéme International. Це найбільш основні одиниці вимірювань, на яких базуються всі інші. Сьогодні більшість одиниць СІ можна визначити без якогось артефакту, але вимірювання кілограма набагато складніше, оскільки вимагає складних обчислень, які ускладнюються гравітацією. Зрештою, хоча ми часто думаємо про масу та вагу як про однакові, вони не є. Маса, виміряна в кілограмах, - це кількість речовини в об'єкті. Але саме так вчені планують зробити IPK застарілим.

4 / В основі цієї вежі знаходяться базові одиниці СІ. Тільки 7 базових одиниць СІ визначають кожну існуючу одиницю. Вони є:

Кілограма, кг (маса)

Лічильник, м (відстань)

Другий, s (час)

Кельвін, К (темп)

Ампер, А (електричний струм)

Candela, cd (інтенсивність світла)

Моль, моль (кількість) pic.twitter.com/Qe2jS13kEn

- Макс Фагін (@MaxFagin) 1 листопада 2018 року

Саме тут приходить баланс Kibble, щоб врятувати нас. Це пристрій, який розробляється багатьма лабораторіями. Національний інститут стандартів і технологій в США, а також Національна фізична лабораторія в Англії працюють над цим пристроєм, який, сподіваємося, перевизначить кілограм в термінах постійної Планка, число, яке є центральним для нашого розуміння квантової механіки. Коротше кажучи, цей пристрій не визначає масу, вимірюючи вагу, але вимірюючи електромагнітну силу між двома пластинами. Ох, і все це робиться у вакуумі.

Простіше кажучи, баланс Kibble має бути здатний вимірювати масу об'єкта - IPK, наприклад, - з точки зору електричної потужності. Щоб отримати всю математику, перегляньте відео нижче. Тим не менш, для тих, хто не входить у групу фізики, досить сказати, що баланс Kibble повинен допомогти вченим перевизначити кілограм.

"Однією з головних причин для цієї роботи є забезпечення міжнародної безпеки", - повідомив керівник відділу інженерних вимірювань Національної фізичної лабораторії Іан Робінсон. Делано. «Якщо Павільйон де Бретейль», де зберігається ІПК, «згорає завтра», а кілограм у своїх сховищах розплавляються, ми не маємо жодної посилання на систему метричних ваг у світі. Був би хаос. Поточне визначення кілограма - це вага цього циліндра в Парижі.

І це просто не достатньо для міжнародної науки.