Разорвите килограмм, который никогда не будет прежним

Большинство людей знают, сколько весит фунт - 16 унций. Мирские среди нас могут знать, что килограмм - это 2,2 фунта или 1000 граммов. Но мы действительно знаете, что означают эти цифры? Согласование единиц измерения намного сложнее, чем может показаться, и то, как люди сошлись во мнениях по всему миру, скоро полностью изменится.

Уже более века мировым стандартом для килограмма является международный прототип килограмма, цилиндра из платины и иридия, который хранится в Международном бюро по весам и мерам (Международное бюро мер и весов) во Франции. BIPM - это международная организация, которая помогает стандартизировать международную науку и торговлю, устанавливая стандарты для измерений, с которыми мы все можем согласиться. Вот почему у BIPM есть IPK: без этого маленького тяжелого цилиндра в мире не было бы стандартного килограмма для определения веса килограмма. Копии ИПК (иногда ласково именуемые «Ле Гранд К») были распространены по всему миру, чтобы страны-члены могли поддерживать стандарт, и каждые 40 лет ИПК измеряется, чтобы удостовериться, что это все еще килограмм. Недавние измерения показали, однако, что массы этих Великих K расходятся, что может означать хаос для торговли, науки и потенциально таких чувствительных областей, как ракетостроение, в которых расчеты должны быть точными.

Эта система может показаться странной и архаичной, но есть веская причина, почему мир использовал этот эталонный вес в течение стольких лет: действительно трудно понять, что такое килограмм любым другим способом. Вот почему

В то время как мы можем думать, что разные единицы измерения являются их собственными естественными законами, определенными в отношении друг друга - например, день равен 24 часам, а час - 60 минутам, а минута - 60 секундам - ​​правда в том, что единицы измерения измерения исторически были определены с точки зрения какого-то конкретного явления в мире. В метрологии, изучении измерений, эти конкретные явления известны как артефакты.

Как сказал в четверг в своем твиттере инженер по аэрокосмической технике Макс Фагин, за долгие годы ученые проделали большой путь, чтобы выяснить, как выйти за рамки артефактов, чтобы они могли измерять вещи, не помещая их рядом с другими вещами. Например, секунда раньше измерялась как 1 / 31556925,9747 времени, которое требуется Земле, чтобы обойти Солнце. Теперь он определен как количество времени, которое требуется электрону в атоме цезия-133, чтобы колебаться 9 192 631 770 раз. Это может показаться излишне конкретным и откровенно странным, но, определяя единицу измерения с точки зрения поведения атома, ученые могут с достаточной степенью уверенности сказать, что секунда - это секунда, независимо от того, где вы находитесь во вселенной - и нет Неважно, есть ли у вас секундомер.

Короче говоря, ученые переместили стандартную точку отсчета для измерений от созданных человеком объектов на универсальные постоянные. Все, кроме килограмма.

Ноябрь уже здесь, и это означает, что наступит масштабный сдвиг. И под «массивным» я, конечно, имею в виду переопределение килограммовой единицы массы, которую мир строил более 100 лет. Позвольте мне объяснить: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Макс Фагин (@MaxFagin) 1 ноября 2018 года

Вторые, как килограмм, метр и четыре другие единицы, составляют единицы системы Systéme International. Это самые основные единицы измерения, на которых основаны все остальные. В настоящее время большинство единиц СИ можно определить без какого-либо артефакта, но измерение килограмма намного сложнее, потому что оно требует сложных вычислений, которые усложняются гравитацией. В конце концов, хотя мы часто думаем о массе и весе как об одном и том же, это не так. Масса, измеряемая в килограммах, - это количество вещества в объекте. Но именно так ученые планируют сделать ИПК устаревшим.

4 / В основании этой башни находятся базовые единицы СИ. Всего 7 базовых единиц СИ определяют все остальные существующие единицы. Они есть:

Килограмм, кг (масса)

Метр, м (расстояние)

Секунда, с (время)

Кельвин, К (темп)

Ампер, А (электрический ток)

Кандела, кд (сила света)

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

- Макс Фагин (@MaxFagin) 1 ноября 2018 года

Это то место, где приходит Kibble Balance, чтобы спасти нас. Это устройство, которое разрабатывается несколькими лабораториями. Национальный институт стандартов и технологий в США и Национальная физическая лаборатория в Англии работают над этим устройством, которое, мы надеемся, переопределит килограмм с точки зрения постоянной Планка, числа, которое является центральным в нашем понимании квантовой механики. Короче говоря, это устройство не определяет массу, измеряя вес, но измеряя электромагнитную силу между двумя пластинами. О, и все это делается в вакууме.

Проще говоря, Kibble Balance должен уметь измерять массу объекта - например, IPK - с точки зрения электрической мощности. Чтобы получить всю математику, посмотрите видео ниже. Тем не менее, для тех, кто не увлекается физикой, достаточно сказать, что баланс Киббла должен помочь ученым пересмотреть килограмм.

«Одной из ключевых причин выполнения этой работы является обеспечение международной безопасности», - сказал глава отдела инженерных измерений Национальной физической лаборатории Ян Робинсон. Делано, «Если бы Pavillon de Breteuil», где хранится IPK, «сгорел завтра, а килограмм в его хранилищах растаял, у нас не осталось бы ссылки на мировую систему метрических весов. Был бы хаос. Нынешнее определение килограмма - это вес этого цилиндра в Париже, в конце концов ».

И это не достаточно хорошо для международной науки.