RIP на килограма, която никога няма да бъде същото отново

Повечето хора знаят колко килограм тежи - 16 унции. Светските сред нас може да знаят, че килограм е 2,2 килограма - или 1000 грама. Но ние наистина ли знаете какво означават тези числа? Съгласуването на мерните единици е много по-сложно, отколкото може да изглежда, и начинът, по който хората се съгласяват с теглата по света, е на път да се промени напълно.

В продължение на повече от век световният стандарт за килограма е международен прототип на килограма, цилиндър, изработен от платина и иридий, който се съхранява в Международното бюро по тежести и мерки във Франция. BIPM е международна организация, която помага за стандартизиране на международната наука и търговия чрез установяване на стандарти за измервания, за които всички можем да се съгласим. Ето защо BIPM има IPK: без този тежък малък цилиндър, светът няма да има стандартен килограм, за да определи какво килограм тежи. Копия от IPK (понякога любезно наричани „Le Grand K“) са били разпространени по целия свят, така че държавите-членки могат да поддържат стандарта и на всеки 40 години IPK се измерва, за да се увери, че той все още е един килограм. Последните измервания обаче показаха, че масите на тези велики кс се различават, което би могло да предизвика хаос за търговията, науката и потенциално такива чувствителни области като ракетостроенето, при което изчисленията трябва да бъдат точни.

Тази система може да звучи странно и архаично, но има добра причина, поради която светът е използвал тази референтна тежест за толкова много години: Наистина е трудно да разбера какъв килограм е друг начин. Ето защо.

Докато можем да мислим, че различните единици за измерване са техните собствени естествени закони, дефинирани един спрямо друг - например, един ден е 24 часа и един час е 60 минути, а една минута е 60 секунди - истината е, че единиците от исторически измерването е било определено от гледна точка на някакво конкретно явление в света. В метрологията, изследването на измерването, тези конкретни явления са известни като артефакти.

Както авиокосмическият инженер Макс Фагин очерта в четене в четвъртък, учените са извървяли дълъг път през годините, когато става дума за измислянето как да се премине отвъд артефактите, за да могат да измерват нещата, без да се налага да я поставят до други неща. Например, секунда, използвана за измерване като 1 / 31556925.9747 от времето, необходимо на Земята да обикаля около слънцето. Сега тя се определя като количеството време, което е необходимо за един електрон в атом от цезий-133 да осцилира 9,192,631,770 пъти. Това може да звучи ненужно специфично и откровено странно, но чрез определяне на единица за измерване по отношение на поведението на един атом, учените могат да кажат със сигурност, че секунда е втора, без значение къде се намирате във вселената - и не дали имате хронометър.

Накратко, учените са преместили стандартната отправна точка за измервания на човешки обекти и върху универсални константи. Всички, с изключение на килограма.

Ноември е тук и това означава, че ще настъпи огромна промяна. А от "масивните", разбира се, имам предвид предефинирането на килограмовата единица маса, на която светът е изграждал повече от 100 години. Нека обясня: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Макс Фагин (@MaxFagin) 1 ноември 2018 г.

Вторият, като килограма, метър и четири други единици, съставляват Systéme International единици. Това са най-основните единици за измерване, на които се основават всички останали. Днес повечето от единиците SI могат да бъдат определени без някакъв артефакт, но измерването на килограм е много по-трудно, защото изисква сложни изчисления, които са направени по-сложни от гравитацията. В крайна сметка, макар често да мислим за маса и тегло като за едни и същи, те не са. Масата, измерена в килограми, е колко материя има в даден обект. Но така планират учените да направят ИПК остарял.

4 / В основата на тази кула са базовите единици SI. Само 7 базови единици SI определят всяка друга съществуваща единица. Те са:

Килограм, kg (маса)

Метър, м (разстояние)

Второ, s (време)

Келвин, К (темп)

Ампера, А (електрически ток)

Candela, cd (интензивност на светлината)

Мола, mol (количество) pic.twitter.com/Qe2jS13kEn

- Макс Фагин (@MaxFagin) 1 ноември 2018 г.

Това е мястото, където Kibble Balance идва, за да ни спаси. Това устройство, което се разработва от няколко лаборатории. Националният институт за стандарти и технологии в САЩ и Националната физическа лаборатория в Англия работят върху това устройство, което ще се надяваме да предефинира килограма по отношение на константата на Планк, което е централно за нашето разбиране за квантовата механика. Накратко, това устройство не определя масата чрез измерване на теглото, а чрез измерване на електромагнитната сила между две плочи. О, и всичко е направено във вакуум.

Балансът на Kibble, просто казано, трябва да може да измерва масата на обект - IPK, например - по отношение на електрическата енергия. За да включите цялата математика, вижте видеото по-долу. За всеки, който не е в нищожната физика, достатъчно е да се каже, че балансът на Кибъл трябва да помогне на учените да предефинират килограма.

"Една от основните причини за тази работа е да се осигури международна сигурност", каза Йън Робинсън, ръководител на отдел "Инженерни измервания" на Националната физическа лаборатория. Делано, „Ако павилонът на бреговете“ - където се съхранява ИПК - - изгори утре и килограмът в сводовете се разтопи, няма да имаме позоваване на системата за метрични тегла в света. Щеше да има хаос. В момента дефиницията на килограма е тежестта на цилиндъра в Париж.

И това не е достатъчно добро за международната наука.