El quilogram és mort; visca el quilogram
Aquesta setmana, els científics es reuniran per redefinir els pesos del món
Actualització, 20 de maig de 2019, 10:00 ET: Aquest article es va publicar originalment el novembre de 2018. A partir del 20 de maig de 2019, Dia Mundial de la Metrologia, s’ha adoptat oficialment la nova definició del quilogram basada en la constant de Planck. La resta de l'article segueix sense canvis.
Gairebé totes les mesures de pes que heu fet, des d’observar la bàscula del bany fins a mesurar la farina per a una recepta, es poden remuntar a un sol objecte: un quilogram de metall de platí i iridi que resideix sota clau. una volta subterrània a París. Es diu International Prototype Kilogram, o IPK, i ho ha estat des de la seva creació el 1889elestàndard pel qual es defineixen els pesos del món. Però no per molt més temps.
Les còpies de l’IPK es distribueixen arreu del món i els països creen els seus propis pesos de referència, tan a prop de l’original com sigui possible. Aquests, al seu torn, s’utilitzen per calibrar escales i pesos en totes les seccions de la societat, des de laboratoris i fàbriques fins a supermercats i fleques. I, sí, això inclou Amèrica. Els Estats Units utilitzen lliures i unces en lloc de quilograms, però també es calibren mitjançant el prototip internacional de quilograms, igual que el sistema mètric.
Una massa de metall defineix el sistema mundial de peses, però això canviarà aquesta setmanaPerò a finals d’aquesta setmana, el divendres 16 de novembre, està previst un cop d’estat en aquest ministeri internacional de peses. Després d’haver servit durant 129 anys com a estàndard mundial, l’International Prototype Kilogram (oThe Big K,com es coneix localment) quedarà aturat. Els grans de l'Oficina Internacional de Pesos i Mesures, que regula el sistema mètric, es reuniran a Versalles i votaran per substituir aquest artefacte físic per una definició del quilogram basada en una constant fonamental de la natura.
Qualsevol persona que no formi part d’un laboratori de física avançat no notarà el canvi, però és una ocasió transcendental per als implicats. És el cometa de metrologia de Halley, diu Stephan Schlamminger, un físic de l’Institut Nacional d’Estàndards i Tecnologia (NIST) dels Estats Units que va treballar en els equips que s’utilitzaven per al proper canvi. És increïblement rar que es produeixi una redefinició d’aquesta magnitud.
Penseu-hi que és l’equivalent científic d’Indiana Jones canviar un ídol daurat per una bossa de sorra. Després de la redefinició, un quilogram seguirà sent un quilogram, però el seu valor recaurà en fonaments molt més desconeguts.
adobe project rush
Però aquest no és el final de la metrologia. És una ciència que mai no es pot aturar. Quan a Napoleó Bonaparte se li va presentar l’International Prototype Meter el 1799, va declarar: les conquestes aniran i vindran, però aquest treball durarà. Només tenia part en raó. El mesurador com a unitat ha perdurat, però l’estàndard de platí que se li va lliurar a Bonaparte no.
Les set unitats del sistema mètric i les seves constants fonamentals:
- Metre- llargada. Distància recorreguda per la llum al buit en 1 / 299.792.458 segons.
- Segon- temps. Exactament 9.192.631.770 cicles de radiació d’un àtom de cesi-133.
- Quilograma- massa. La constant de Planck dividida per 6.626.070,15 × 10-34m-2s.
- Talp- quantitat de substància. Constant d'Avogadro, o 6.022.140,76 × 1023entitats elementals.
- Candela- Intensitat lluminosa. Una font de llum amb radiació monocromàtica de freqüència de freqüència 540 × 1012Hz i intensitat radiant de 1/683 watt per esteradià.
- Kelvin- temperatura. Constant de Boltzmann, o un canvi d’energia tèrmica d’1.380 649 × 10-23joules.
- Ampere- actual. Igual al cabal de 1 / 1.602 176 634 × 10-19càrregues elementals per segon.
I per a alguns, fins i tot definir unitats de mesura mitjançant constants naturals no compleix completament aquest mantra guia de la metrologia: per a totes les persones, per a tots els temps. Només dos laboratoris són capaços d’utilitzar correctament un saldo de Kibble en aquest moment, amb aproximadament mitja dotzena d’altres treballant en el problema. És, doncs, una crítica creïble dir que aquesta dependència de la tecnologia elimina les unitats de mesura de la propietat pública tant com va fer l’ús del peu del rei.
Això pot provocar friccions i molèsties, tal com feia en el passat. Robert P. Crease, professor de filòsof a la Universitat Stony Brook i autor d’un llibre sobre sistemes de mesura, assenyala que històricament l’ús d’artefactes per a unitats de mesura ha provocat qüestions de poder i autoritat. Si controles l’artefacte, controles la unitat i, amb ella, una porció de realitat. Explica el plecThe Vergeque tot i que l’ús de constants naturalsapareixper esquivar aquest problema, també podríeu argumentar que el reinscriu fent que l'accés als estàndards depengui de la tecnologia d'avantguarda i de qui el supervisi.
Això es converteix en una qüestió de confiança. La metrologia és una mena de caixa negra, diu Crease. Els metròlegs confien en la caixa negra perquè saben com funciona el que hi ha a dins. Els no metròlegs han de confiar en la caixa negra des de fora. No ajuda que la nova definició sigui incomprensible per a la persona mitjana, afegeix.
En una època en què el coneixement expert i el consens científic es burlen en nom del sentit comú i la demagògia, la idea de la desconfiança que creix com una podridura en el sistema mètric no és del tot descabellada. Fins i tot les constants de l'univers podrien demostrar ser un fonament inadequat per a les unitats de mesura si falla la confiança del públic en elles.
Hi ha bellesa i simetria en això.Per als metròlegs, aquestes són principalment preocupacions teòriques. BIPM celebra la complexitat del seu treball com un bé en si mateix; que es reafirma en cada mesura feta amb la seva investigació. I el fet que el sistema mètric es basi en algunes de les idees més complexes de la física contemporània no vol dir que no es puguin apreciar.
Després de la propera redefinició, per exemple, les nostres unitats més bàsiques, el pes i la longitud, es derivaran de les dues teories fonamentals de la física: la mecànica quàntica i la relativitat especial. El primer ens va donar la constant de Planck, que s’utilitzarà per definir el quilogram; i aquesta última ens va donar la velocitat de la llum, que ja defineix el mesurador. Com assenyala Schlamminger: hi ha bellesa i simetria en això.
I al BIPM, hi ha més mesures a fer. Milton fa una llista d’altres funcions de l’agència, des del treball en química que sustenta la puresa de les drogues i dels aliments fins al manteniment del Temps Universal Coordinat, que les nacions de tot el món utilitzen per configurar els rellotges. En una societat global, diu, on les necessitats de la indústria sempre canvien i els científics sempre amplien els límits del coneixement humà, la disciplina de la mesura mai no serà obsoleta ni es pot permetre el luxe de quedar-se quieta.
És un camp molt i molt pràctic en què treballem i que no para de créixer, diu Milton. Això al centre, aquestes unitats bàsiques? Això és l’Everest. Però hi ha moltes altres muntanyes per escalar.
