Az éppen megváltozott kilogramm meghatározása. Ez a mérföldkő a metrikus rendszer nagy történetében

Az Egyesült Államok Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézete ezt a pénteket „fordulópontnak nevezte az emberiség számára”, annak ellenére, hogy a nap és az előző nap közötti különbség elméletileg semmit sem mér.

kilogramm

De bár egy kilogramm súlyú anyag - a tömeg alapegysége - ugyanolyan nehéz, mint korábban, a kilogramm meghatározásának módja megváltozott a tudósok szavazata után a párizsi súly- és mértékkonferencián.

130 éve a kilogrammot úgy határozták meg, mint egy platina-irídium henger pontos súlyát, amelyet Párizsban hármas zárral ellátott boltozatban tartanak. A metrológusok - a méréstudomány szakértői - a fémdarabot Nemzetközi Kilogram prototípusnak vagy IPK-nak nevezik. Mások „Le Grand K.-nak” hívják Ez az egyetlen igazi kilogramm a világon, amelyen a Föld összes tömegmérése függ.

De ez most megváltozott. Pénteken 60 ország képviselői úgy döntöttek, hogy újradefiniálják a kilogrammot, súlyát az elektromos áram szempontjából határozzák meg, nem pedig egy meghatározott tárgyhoz viszonyítva. A döntés azt jelenti, hogy mind a hét alapegység - a távolságmérő, a második az idő, a kilogramm tömeg, a mól az anyagmennyiség, az amper az elektromos áram, a kelvin a hőmérséklet és a kandela a fényerő - most a természeti világot leíró alapvető állandók alapján definiálják.

A 2019 májusában életbe lépő változás meg fogja húzni a függönyt az emberi léptékű fizikai objektumok mérési egységek meghatározására való felhasználásáról, és ezzel véget vet a tudomány történelmének egy fontos korszakának.

Az emberiség történelmének nagy részében a súlyok és a mértékek helyi kérdések voltak, gyakran pontatlanok és változatosak voltak. A kilogramm a helyzet megváltoztatására tett erőfeszítésből született, a 18. század végén. 1791-ben a Francia Nemzetgyűlés rájött, hogy valamit tenni kell a francia súlyok és mértékek kaotikus állapota ellen. Céljuk, a forradalmi buzgalom újjáélesztése, egy mérőrendszer létrehozása volt „minden időre, minden emberre”.

A Közgyűlés úgy döntött, hogy egyetlen, változhatatlan súly- és mértékrendszert kell létrehozni - nem pedig az, hogy a változtathatatlanság ugyanaz lenne, mint az egyszerűség. Új hosszegységüket, a métert az Északi-sark és az Egyenlítő közötti távolság tízmilliomod részében állították be, a Párizson áthaladó meridián pólusai körül mérve. A köbméter ezerezredes literét a kapacitás mérésére használják. A tömeg, amely a tömeget méri, megegyezik egy liter víz tömegével.

Így született meg a metrikus rendszer.

Nem mintha eleinte széles körben használták volna. Több mint háromnegyed évszázad telt el a franciaországi hivatalos elfogadása után, mire 17 ország méltóságai 1875-ben aláírták a nemzetközi mérőszámot, ezzel harmonizálva a mérési rendszereket az egész világon. Tizennégy évvel később az IPK-t megépítették, majd elkeverték egy laboratóriumba a francia Sèvres-ben, ahol azóta is őrzik.

129 évig a „Le Grand K” maradt a referenciapont a tömegmérésekhez az egész világon. De a változás elindult.

1983-ban a mérőt a vákuumban a fény által megtett távolság 1/299 792 458 másodperc alatt definiálták, és 1997-ben újra meghatározták, mint a cézium elem által felszabadított 9 192 631 770 mikrohullámú sugárzás természetes lengésének időtartamát.

1989-ben pedig az embertől függő mérési szabványok használatának veszélyeit, és nem az ultrapontos matematikai standardokat szemléltették. A metrológusok legnagyobb megdöbbenésére mindenütt kiderült, hogy az IPK 50 mikrogrammmal könnyebb, mint a világon elosztott másolatai. Mivel „Le Grand K”, definíció szerint, van egy kilogramm, tömegének bármilyen változása szükségszerűen megváltoztatja a meghatározást. Vagy a „Le Grand K” fogyott, vagy a replikák halmozódtak a (mikro) fontokon.

Bár 50 mikrogramm nem tűnik soknak, még egy ilyen apró változás is azt jelentette, hogy a súly már nem volt elég pontos a fejlett kutatási és technológiai alkalmazásokhoz. A kérdés tehát az volt, hogy hogyan lehetne egy alapvető - és ezáltal megbízhatóbb és pontosabb - módszert kitalálni a kilogramm tömegének meghatározására.

A kilogramm új meghatározása három alapvető állandón alapul: a fénysebességen; a cézium atom természetes mikrohullámú sugárzása; és a Planck-állandó, amely leírja az energiacsomagok méretét, amelyeket az atomok és más részecskék felhasználnak az energia felszívására és kibocsátására.

Az aktuális kilogrammos tömeg meghatározott mennyiségű erőt fejt ki a Föld gravitációjában - más szóval, súlya van valaminek. A felülvizsgált meghatározás a mechanikus erő ezen megszokott meghatározását a Planck-állandóhoz kötött, az elektromos áramon és feszültségen alapuló elektromágneses méréssel helyettesíti. A Kibble-mérleg nevű műszer segítségével, feltalálója, Bryan Kibble után elektromos áram keletkezik egy tekercsben, amely elég erős mágneses mezőt eredményez egy kilogramm tömeg ellensúlyozására.

"Ez az újradefiniálás a tudományos fejlődés mérföldkőnek számító pillanata" - mondta Martin Milton, a Nemzetközi Súly- és Mérőiroda (BIPM) nyilatkozatában. "A természetben megfigyelt alapvető állandók felhasználása olyan fontos fogalmak alapjaként, mint a tömeg és az idő azt jelenti, hogy stabil alapokkal rendelkezünk tudományos megértésünk előmozdításához, új technológiák kifejlesztéséhez és a társadalom legnagyobb kihívásainak kezeléséhez."

"Ma a méréstudósok évtizedes munkájának csúcspontja a világ minden táján, amelynek jelentősége óriási" - mondta Barry Inglis, a BIPM igazgatója. "A világmérés során már nem fognak minket kötni az objektumok korlátai, hanem rendelkezünk egyetemességgel elérhető egységekkel, amelyek elősegíthetik az utat a még nagyobb pontosság felé, sőt felgyorsíthatják a tudományos előrelépést."