RIP Kilogrammet, som aldrig vil være det samme igen

De fleste mennesker ved, hvor meget et pund vejer - 16 ounces. Den verdslige blandt os kan vide, at et kilo er 2,2 pund - eller 1.000 gram. Men gør vi det virkelig ved hvad disse tal betyder? Enighed om måleenheder er meget mere kompliceret end det kan synes, og den måde mennesker er enige om om vægten rundt om i verden er ved at ændre sig fuldstændigt.

I over et århundrede har verdensstandarden for kilo været kilotons internationale prototype, en cylinder lavet af platin og iridium, der er opbevaret hos Bureau International des Poids et Mesures (Frankrigs Bureau for Vægte og Foranstaltninger) i Frankrig. BIPM er en international organisation, der hjælper med at standardisere international videnskab og handel ved at etablere standarder for målinger, som vi alle kan acceptere. Derfor har BIPM IPK: Uden denne tunge lille cylinder ville verden ikke have et standard kilogram til at bestemme, hvad et kilogram vejer. Eksempler på IPK (ibland kærligt kaldet "Le Grand K") er blevet distribueret rundt om i verden, så medlemslandene kan opretholde standarden, og hvert fjerde år måles IPK for at sikre, at det stadig er et kilo. Nylige målinger har vist, at masserne af disse Grand K'er er divergerende, hvilket kunne stave kaos for handel, videnskab og potentielt sådanne følsomme felter som raketry, hvor beregninger skal være præcise.

Dette system kan lyde bizar og arkaisk, men der er en god grund til, at verden har brugt denne referencevægt i så mange år: Det er virkelig svært at finde ud af, hvad et kilogram er på nogen anden måde. Her er hvorfor.

Mens vi måske tror, ​​at forskellige måleenheder er deres egne naturlige love, defineret i forhold til hinanden - for eksempel en dag er 24 timer og en time er 60 minutter og et minut er 60 sekunder - sandheden er, at enheder af måling er historisk blevet defineret i forhold til nogle konkrete fænomener i verden. I metrologi er undersøgelsen af ​​måling disse betonfænomener kendt som artefakter.

Som luftfartsingeniør Max Fagin skitseret i en tweet tråd på torsdag, har forskere kommet langt i årenes løb, når det kommer til at finde ud af, hvordan man kan bevæge sig ud over artefakter, så de kan måle ting uden at skulle lægge det ud for andre ting. For eksempel blev et sekund brugt til at måles som 1 / 31556925.9747 af det tidspunkt, det tager for Jorden at gå rundt om solen. Nu er det defineret som den tid det tager for en elektron i et cæsium-133-atom at oscillere 9,192,631,770 gange. Dette kan måske lyde unødigt specifikt og ærligt bizart, men ved at definere en måleenhed i form af et atoms adfærd kan forskere med rimelig sikkerhed sige, at et sekund er et sekund, uanset hvor du er i universet - og nej Uanset om du har stopur.

Kort sagt har forskere flyttet standard referencepunkt til målinger ud af menneskeskabte genstande og på universelle konstanter. Alle undtagen kilogram.

November er her, og det betyder et massivt skift kommer. Og ved "massiv" refererer jeg selvfølgelig til omdefineringen af ​​kiloenheden af ​​masse, som verden har opbygget i over 100 år. Lad mig forklare: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@MaxFagin) 1. november 2018

Den anden, som kilogrammåleren og fire andre enheder, udgør Systéme International-enhederne. Dette er de mest grundlæggende måleenheder, som alle andre er baseret på. I dag kan de fleste af SI-enhederne bestemmes uden nogen artefakt, men måling af et kilo er meget vanskeligere, fordi det kræver komplekse beregninger, der gøres mere komplicerede af tyngdekraften. Når alt kommer til alt, mens vi ofte tænker på masse og vægt som det samme, er de ikke det. Masse, målt i kilo, er, hvor meget der er noget i en genstand. Men det er sådan, forskerne planlægger at gøre IPK forældet.

4 / I bunden af ​​dette tårn er SI basenhederne. Kun 7 SI basenheder definerer hver anden enhed, der eksisterer. De er:

Kilogram, kg (masse)

Meter, m (afstand)

For det andet s (tid)

Kelvin, K (temp)

Ampere, A (elektrisk strøm)

Candela, cd (lysstyrke)

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

- Max Fagin (@MaxFagin) 1. november 2018

Det er her, hvor Kibble Balance kommer ind for at redde os. Denne enhed, som er under udvikling af flere laboratorier. Statens institut for standarder og teknologi i USA og det nationale fysiske laboratorium i England arbejder begge på denne enhed, som forhåbentlig omdefinerer kilogrammet med hensyn til Plancks konstant, et tal, der er centralt for vores forståelse af kvantemekanik. Kort sagt bestemmer denne enhed ikke masse ved at måle vægt, men ved at måle den elektromagnetiske kraft mellem to plader. Åh, og det hele er gjort i et vakuum.

Kibble-saldoen, for at sige det enkelt, skal kunne måle massen af ​​en genstand - f.eks. IPK - hvad angår elkraft. For at få alle de involverede matematik, skal du tjekke videoen nedenfor. For alle, der ikke er i fysikens nitty-gritty, er det dog tilstrækkeligt at sige, at Kibble Balance skal hjælpe forskere omdefinere kilogrammet.

"En vigtig årsag til at gøre dette arbejde er at yde international sikkerhed," sagde Ian Robinson, leder af det nationale fysiske laboratoriums tekniske måleafdeling, fortalte luxembourgske nyhedsforretning Delano. "Hvis Pavillon de Breteuil" - hvor IPK er opbevaret - "brændt ned i morgen og kilogrammet i sine vaults smeltede, ville vi ikke have nogen reference tilbage til verdens metriske vægtsystem. Der ville være kaos. Den nuværende definition af kilogrammet er vægten af ​​denne cylinder i Paris."

Og det er bare ikke godt nok til international videnskab.