redefinită

Un fizician de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie a spus odată: „Dacă cineva strănut la standard pentru o lire, dintr-o dată toate greutățile din lume se vor înșela”.

Se referă la un cilindru, uneori numit Le Grand K, care este depozitat într-o seif din Paris, unde este tratat ca o bijuterie de neprețuit. Masa a tot ce există în lume - noi înșine, fructele și legumele noastre, exoplanetele și galaxiile - este determinată de masa acestui cilindru de platină-iridiu vechi de 126 de ani, așa-numitul prototip internațional. Cercetătorii din toate domeniile științei și ingineriei trebuie să se asigure că folosesc aceleași puncte standard ca orice alt om de știință și inginer din lume. Fără cilindru nu există standard.

Le Gran K este kilogramul împotriva căruia se cântăresc toate kilogramele, iar oamenii de știință ar face orice pentru a evita contactul mâinilor murdare sau a aerului murdar cu acesta - mai ales atunci când vine vorba de strănut.

The Russion Doll Treatment: O replică a prototipului pe kilogram la Muzeul Științei și Industriei din Paris. Acesta este modul standard de depozitare a standardelor - într-o serie de borcane strânse, denumite „tehnica păpușii rusești”. Le Grand K original este atât de zelos, încât nu este permis să fie fotografiat. Foto: Japs 88/Wikicommons

La fiecare câteva decenii de la dezvoltarea prototipului, oamenii de știință au îndepărtat cilindrul, l-au curățat cu o soluție, l-au umezit cu abur și i-au verificat din nou masa. Ei se vor asigura că cele 6 copii oficiale ale acesteia păstrate în aceeași seif coincid complet cu masa.

Aceste inspecții, efectuate la aproximativ 40 de ani, au fost efectuate din 1889. În 1992, s-a întâmplat de neconceput: la compararea celei de-a doua și a treia măsurători, s-a dovedit că ori originalul pierduse aproximativ 50 micrograme - masa aproximativă a unui bob de nisip - sau copiile își măriseră masa cu acea cantitate. Deși există o diferență minimă, aceste măsurători arată că „greutatea nu este stabilă”, spune Peter Mohr, un fizician specializat în redefinirea unităților de măsură de bază.

O copie a cilindrului original de platină-iridiu, care este folosit ca prototip pe kilogram în întreaga lume.

Prin urmare, mulți oameni de știință resping rolul cilindrului, descriindu-l ca un eșec datorită potențialului său de a face ravagii în practica științifică. Un film norvegian intitulat „1001 grame” afirmă: „Omul definește definiția greutății, dar este la fel de important să înțelegem ce cauzează definiția greutății persoanei însuși”.

Din fericire, toate acestea sunt pe cale să se schimbe.

Toate problemele legate de Le Grand K și standarde similare dispar atunci când folosim constantele naturale fundamentale. Deoarece nu variază ca definiție (excluzând unele dintre cele mai recente teorii din fizică), ele pot fi folosite pentru a redefini toate unitățile de bază, inclusiv kilogramul, fără a fi afectate de un singur strănut. Acest lucru este planificat să se întâmple în 2018, potrivit lui Richard Davis, fizician la Biroul Internațional de Greutăți și Măsuri, care este organismul oficial responsabil cu unitățile de măsură standard internaționale.

Unele unități de bază au fost deja actualizate. Al doilea, de exemplu, care a fost definit ca parte a duratei zilei, este acum determinat de frecvența cu care electronii dintr-un atom de cesiu își schimbă nivelul de energie. De asemenea, contorul este mult mai precis decât înainte. La sfârșitul secolului al XVIII-lea, Academia Franceză de Științe a definit metrul ca fiind o zecime de milionime din distanța dintre Polul Nord și Ecuator, de-a lungul meridianului care trece prin Paris. Aproape 100 de ani mai târziu, contorul a devenit lungimea unui bloc specific de platină-iridiu. Foarte curând, în 1983, contorul a fost redefinit ca distanța pe care lumina o parcurge în vid în 1/299.792.458 secunde. Aceasta conectează contorul cu viteza luminii, care este una dintre constantele fundamentale din natură. Candelabrele, o măsură a intensității luminii, de asemenea, din sistemul SI, depindeau de luminozitatea unui anumit tip de lumânare. Acum o candelabra este egală cu strălucirea unui corp absolut negru cu o suprafață de 1/60 mp Cm. la punctul de topire al platinei (1773 C) și la o presiune de 1 atmosferă într-o direcție perpendiculară pe suprafață. Un bec cu o putere de 100 de wați strălucește cu o intensitate de aproximativ 120 de candele în direcția opusă prizei.

Alte unități urmează să fie redefinite în curând. Amperul, o unitate de curent electric, va fi legat de sarcina elementară (e), în locul experimentului ipotetic care implică conductori paraleli infinit de lungi. Kelvin, o unitate de temperatură, nu va mai depinde de proprietățile caracteristice ale apei, ci se va baza pe constanta Boltzmann, care exprimă raportul dintre temperatură și energia particulelor individuale. Alunița, o unitate de cantitate a unei substanțe, nu va mai depinde de o bucată standard de carbon-12. În schimb, valoarea acestuia va fi obținută din numărul lui Avogadro (6,02x10 23)

Anul trecut, ca parte a procesului de redefinire, pentru a patra oară în istorie, cilindrul Le Grand K a fost scos din seiful său foarte sigur. Acesta este începutul a ceea ce Biroul de măsuri numește „calibrări excepționale” - cilindrul este comparat cu copiile sale (nu a fost găsită nicio pierdere în greutate în această măsurătoare ca și ultima dată) și va fi în curând folosit pentru calibrarea dispozitivelor noi care vor determina masa bazată pe constanta Planck, o valoare fundamentală a mecanicii cuantice care leagă energia unui foton de frecvența acestuia.

Odată ce kilogramul este legat de constanta Planck, Le Grand K va deveni complet redundant.

„Ultimul test”, spune fizicianul Martin Milton, directorul Biroului de măsuri, „va fi să ne asigurăm că vechile și noile definiții dau aceleași rezultate experimentale”. Apoi, a spus el, mult venerata tijă de platină și iridiu ar putea fi încă folosită de unii oameni de știință, întrucât ar menține în continuare greutatea oficială a unui kilogram, „dar nu va mai fi atât de specială și unică”.

Viitorul Le Grand K este incert. Poate că într-o zi, nu atât de departe de prezent, se va regăsi într-un muzeu al viitorului, unde cineva care va prăfui exponatele îl va strănuta în cele din urmă.