A technológia, az innováció és a kreativitás metszéspontja.

Fekete lyukak
Mérnöki
Környezetvédelmi technika
Jövőbeli technológia
Tudományos felfedezések
Hely
Biztonság

Fekete lyukak
Mérnöki
Környezetvédelmi technika
Jövőbeli technológia
Tudományos felfedezések
Hely
Biztonság

Doug Bonderud

2019. augusztus 30

A súlynak vége: Új kilogramm mozog a platina korongokból a Planck-állandóig

2019. május 20-án a Súlyok és Mérések Általános Konferenciája feldobta a kilogramm régi definícióját, és egy teljesen új méréssel helyettesítette. De miért a változás? Mi az előnye? Hogyan számítják ki az új szabványt? És mekkora a hatása? Ezért érte meg az új kilogramm a súlyát.

Minden időkre, minden emberre

Amerika továbbra is egyike azon kevés globális gazdaságnak, amely még mindig használja a birodalmi rendszert (láb, font, mérföld/óra) a távolság, a súly és a sebesség mérésére. A világ nagy része használja a metrikus rendszert, más néven Nemzetközi Egységrendszert (SI), amely azután jött létre, hogy a franciák feldobták a monarchiát, és úgy döntöttek, hogy a leglázadóbb dolog, amit tehetnek, világszerte kodifikálják a méréseket - és hogy igazságos legyek, elmentek ' téves.

Amint azt a Vox megjegyezte, az újonnan megalakult Súlyok és Méretek Irodája „mindenkor, minden ember számára” létrehozott egy rendszert, és úgy döntött, hogy a legjobb módja annak, hogy mindenkit a fedélzetre vegyenek, az, ha a mértékegységeket összekapcsolják a fizikai ábrázolásokkal:

A mérő - Az Északi-sark és az Egyenlítő közötti távolság tízmilliomod része. Egy fémrudat úgy alakítottak ki, hogy pontosan megfeleljen ennek a hosszúságnak az egyszerű összehasonlítás érdekében.
A Gram - Összekapcsolva 1 köbcenti víz tömegével négy Celsius fokon.
A kilogramm - Az 1000 gramm tömegű kilogrammot a Kilogram Nemzetközi Prototípus (más néven Big K) testesítette meg, amely egy platina-irídium ötvözet darabja, amelyet eredetileg 1889-ben hoztak létre és a franciaországi Sèvres-ben tároltak. Az egész világon léteznek példányok, köztük hét az Országos Szabványügyi és Technológiai Intézetnél (NIST), a súlyok szabványosítása érdekében.

Legyünk (Ne) Fizikussá váljunk

Almát mérni az élelmiszerboltban? Megmérni a gyerekek magasságát a falon? Még az Egyesült Államokban is használja a metrikus rendszer által meghatározott vonalzókat és skálákat. Minden mérőberendezés pontossága a világszerte tárolt mérőpálcákra és platina korongokra vezethető vissza.

A probléma: A fizikai állandók nem állandóak. A Föld nem egységes, változhatatlan alak, ami azt jelenti, hogy az északi sarktól az Egyenlítőig terjedő távolság alapján kiszámított mérőméret nem következetes. És a hihetetlen gondosság ellenére a Big K lassan elveszíti a tömegét - körülbelül 50 mikrogramm az elmúlt 100 évben -, amely a CNN megjegyzése szerint "nagyjából megegyezik a szempillák súlyával". A mindennapi alkalmazásoknál ez nem jelent problémát, de tudományos törekvések - például apró gyógyszeradagok lemérése vagy radioaktív vegyületek pontos mérése - esetében ennek a kis veszteségnek nagy következményei lehetnek.

A megoldás? Hozzon létre egy új kilogrammot az univerzum alapvető tulajdonságai alapján.

A Big K-n túl

A Big K helyettesítése valami jobbra nem egyik napról a másikra történt. A tudósok évtizedek óta fejlesztik a legfontosabb univerzális állandók pontos mérésének képességét. A NIST szerint ez egy 2018-as szavazáshoz vezetett, amely újradefiniálja a Nemzetközi Egységrendszer által használt hét mérésből négyet. A szavazás letelt, és a 2019-es metrológiai világnapon az új meghatározások hatályba léptek.

Egy idő múlva ez azt jelentette, hogy egy másodpercet kellett kötni ahhoz az időtartamhoz, amelyhez a 133 cézium egy atomja szükséges, hogy teljesítsen 9 192 631 770 mikrohullámú sugárzási ciklust, amint a LiveScience kifejti. Hosszúságban azt jelentette, hogy egy métert magához a fénysebességhez kellett kapcsolni - pontosabban, a távolsági fény 1/299 792 458 másodperc alatt halad. Mivel ezek az állandók nem változnak (legalábbis az emberek szempontjából), ezek a mérések pontosak és megbízhatóak, bárhol, bármikor. De hogyan határozhatod meg újra a kilogrammot?

Kiderült, hogy nem használ súlyt - olyan állandót használ, amelynek egyik paramétere a tömeg. Pontosabban a Planck-állandó.

Így néz ki: 6,62607015 x 10 -34 m 2 kg/s. A konstans azt írja le, hogy az anyag diszkrét mennyiségben szabadítja fel az energiát - kvantum néven -, és a Kibble Balance néven ismert eszköznek köszönhetően a tudósok rendkívül apró hibahatárig képesek kiszámolni a Planck-állandót. Az objektum tömegének mechanikai energiájának és az elektromos energiájának pontos megegyezésével az egyensúly megnövelte a Planck állandó magabiztosságát addig a pontig, hogy az SI kilogramm nem fizikai ábrázolásaként szolgálhat.

Ennek oka: A szuperpontos Plank konstans három egységet tartalmaz - métereket, másodperceket és kilogrammokat. A mérőt és a másodpercet is univerzális állandók határozzák meg, hihetetlenül megbízhatóvá téve őket. Egy majdnem tökéletes Planckkal a kezében a tudósok megállapodtak abban, hogy meghatározzák az új kilogrammot az állandó szempontjából, lehetővé téve a pontosabb - és változatlan - méréseket.

A kilogramm megölése

Szóval, mit jelent ez a metrikus (és az Imperial) felhasználók számára az egész világon? Gyakorlati szempontból szinte semmi. Egy font még mindig font az élelmiszerboltban vagy a fürdőszobai mérlegben. De már nem vagyunk kötve a nem túl nagy Big K lassan zsugorodó tömegéhez, ami a szuperkicsi súlyok és mértékek fokozott pontosságát és az egységek szabványosítását jelenti, amely az univerzum alapvető tulajdonságaira támaszkodik - nem pedig a a védett platina korongok törékeny fizikuma.

Northrop Grumman rendkívül tehetséges embereket keres, hogy csatlakozzanak hozzánk tudományos, technológiai, mérnöki és sok más területen. Nézze meg álláshirdetéseinket, és nézze meg, hol járulhat hozzá az innováció jövőjéhez.