Tomorrow The Definition of The Kilogram Will Change Forever. Here’s What That Really Means

Finally, 130 years after it was established, the kilogram as we know it is about to be retired. But it’s not the end: tomorrow, 20 May 2019, a new definition will be put in place – one that’s far more accurate than anything we’ve had until now.
After the shift was unanimously voted in at the General Conference on Weights and Measures in Versailles at the end of last year, the change is now finally about to become official. Le kilogramme est mort, vive le kilogramme.
Most people don’t think about metrology – the science of measurement – as we go about our day. But it’s vastly important. It’s not just the system by which we measure the world; it’s also the system by which scientists conduct their observations.
It needs to be precise, and it needs to be constant, preferably based on the laws of our Universe as we know it.
But of the seven base units of the International System of Units (SI), four are not currently based on the constants of physics: the ampere (current), kelvin (temperature), mole (amount of substance) and kilogram (mass).
„The idea,” explained Emeritus Director of the International Bureau of Weights and Measures (BIPM) Terry Quinn to ScienceAlert, „is that by having all the units based on the constants of physics, they are by definition stable and unaltering in the future, and universally accessible everywhere.”
For example, a metre is determined by the distance light travels in a vacuum in 1/299792458 of a second. A second is determined by the time it takes for a caesium atom to oscillate 9,192,631,770 times.
A kilogram is defined by… a kilogram.
No, literally. It’s a kilogram weight called the International Prototype of the Kilogram (IPK), made in 1889 from 90 percent platinum and 10 percent iridium, and kept in a special vault in the BIPM headquarters.
In fact, the kilogram is the only base unit in the SI still defined by a physical object.
ipk copy bell jars

One of the IPK copies in its double bell jars. (NIST)

There are copies of the IPK in various locations around the world, which are used as national standards and occasionally sent back to France to be compared against the prototype.
And that’s where things get interesting – the mass of these copies has been observed to be drifting away from that of the IPK locked away in the vault. It’s unclear whether the copies were losing mass or the IPK was gaining mass, but neither scenario is ideal for scientific precision, even if we’re dealing with mere micrograms.
For the last few years, metrologists have been talking about the need for a new standard. Now, they’re finally ready to redefine the kilogram based on the Planck constant, the ratio of energy to frequency of a photon, measured to its most precise value yet only last year.
„It is only now that we can define the kilogram in terms of a constant of physics – the Planck constant, the speed of light and the resonant frequency of the caesium atom,” Quinn explained.
„Why all three? This is because the units of the Planck constant are kgm2s-1, so we need first to have defined the metre (in terms of the speed of light) and the second (in terms of the caesium atom in the atomic clock).”
So under the new definition, the magnitude of a kilogram would be „set by fixing the numerical value of the Planck constant to be equal to exactly 6.626 069… × 10–34 when it is expressed in the SI unit s–1 m2 kg, which is equal to J s.”
That won’t make any perceivable difference to most people’s lives at all – a kilogram of apples before the change is still going to be a kilogram of apples after the change – but it will make a difference to metrologists in particular, and scientists in general.
Because, as noted, base unit standards can rely on other base units. The candela, the ampere, and the mole will be redefined to greater accuracy based on the kilogram. And, as for scientists…
„[The new definition] will considerably improve the understanding and elegance of teaching about units,” Quinn said. „It will open up the way to unlimited improvements in accuracy of measurements, it will improve greatly the accuracy and extend the possibilities of making accurate measurements at very small and very large quantities.”
It will be the end of an era, truly – and also the beginning of a new one.
As for the IPK itself, the small piece of metal that has been so important for so many years will continue to be kept in the same conditions it always has, under two bell jars in a climate-controlled vault.
That’s partly to honour its legacy; but scientists will always be scientists. It will also be studied „in future years and decades we can observe how much its mass changes,” Quinn said, this time against the new, immutable definition of the kilogram. So finally we’ll be able to tell for sure if it has actually been losing mass all this time.
Quinn also noted that, while it may look complex, the new system can actually be easily understood by anyone. He himself built a simple balance out of Lego in his basement that can measure directly against the Planck constant, within 5 percent.
„School children,” he said, „will be able to have immense fun with this.”
The new kilogram definition will come into effect on World Metrology Day: 20 May 2019.
Physics-Astronomy.org

În cele din urmă, la 130 de ani de la înființare, putem să îl retragem. Dar nu este sfârșitul lumii: începând după 20 mai 2019 va fi pusă în aplicare o nouă definiție -de o acuratețe cum nu am mai avut până acum.
Pentru schimbare, s-a  votat în unanimitate la Conferința generală privind greutățile și măsurile de la Versailles, la sfârșitul anului trecut, iar schimbarea este acum în cele din urmă pe cale de a deveni oficială. Le kilogram este mort, vive le kilogram.

Cei mai mulți oameni nu se gândesc la Metrologie-știința de măsurare-că ne guvernează viața de fiecare zi. Dar e extrem de important. Nu este doar sistemul prin care măsurăm lumea; este, de asemenea, sistemul prin care oamenii de știință efectuează observațiile lor. Trebuie să fie precis, și trebuie să fie constant, preferabil bazat pe legile universului nostru așa cum îl știm. Dar din cele șapte unități de bază ale sistemului internațional de unități (si), patru nu se bazează în prezent pe constantele fizicii: amper (curent), Kelvin (temperatură), mol (cantitatea de substanță) și kilogram (masă).

Ideea, a explicat Emeritus Director al biroului internațional de greutăți și măsuri (BIPM) Terry Quinn la Știinte, este că, având toate unitățile bazate pe constantele fizicii, acestea sunt prin definiție stabile și inalterabile în viitor, și Universal accesibile peste tot.
De exemplu, un metru este determinat de  distanța pe care lumina o face într-un vid absolut în 1/299792458 dintr-o secundă. O secundă este determinată de timpul necesar pentru ca un atom de cesiu să oscileze 9.192.631.770 de ori.

Un kilogram este definit de … un kilogram.
Nu, literalmente. Kilogramul (IPK) este un kilogram de greutate, realizat în 1889 din 90 la sută platină și 10 la sută iridium, și păstrat într-un seif special în sediul BIPM.
De fapt, kilogramul este încă supus obiectului fizic.

Există copii ale IPK în diferite locații din întreaga lume, care sunt utilizate ca standarde naționale și, ocazional, trimise înapoi în Franța pentru a fi comparate cu prototipul.
Și acum lucrurile devin interesante-s-a observat că masa acestor copii a început să se îndepărteze de cea a IPK închis în seif. Nu este clar dacă copiile au pierdut masa sau IPK a câștigat masa, dar nici unul din scenarii nu este ideal pentru precizia științifică, chiar dacă avem de-a face  doar  micrograme.

În ultimii ani, metrologii au vorbit de un nou standard.
Acum, în sfârșit sunt gata să redefinească kilogramul pe baza constantei Planck, raportul dintre energia și  frecvența unui foton, măsurată, la valoarea sa cea mai precisă, chiar anul trecut.

„Este doar acum că putem defini kilogramul în termeni de o constantă a fizicii-constantă Planck, viteza luminii și frecvența rezonanță a atomului de cesiu, ” Quinn a explicat.
„De ce toate cele trei? Acest lucru se datorează faptului că unitățile de constantă Planck sunt kgm2s-1, așa că avem nevoie de primul care au definit metru (în ceea ce privește viteza luminii) și al doilea (din punct de vedere al atomului de cesiu în ceasul atomic). ”

Deci, în conformitate cu noua definiție, mărimea de un kilogram va fi „stabilită prin fixarea valorii numerice a constantei Planck să fie egală cu exact 6,626 069… × 10 – 34 atunci când este exprimată în unitatea SI s-1 m2 kg, care este egal cu J s. ”
Asta nu va face nici o diferență perceptibilă pentru viețile majorității oamenilor la toate-un kilogram de mere înainte de schimbare încă va fi un kilogram de mere, după schimbare-dar va face diferența pentru metrologi, în special, și oamenii de știință, în general.
Deoarece, după s-a menționat, standardele de unitate de bază se pot baza pe alte unități de bază. Candela, Ampere, și molul vor fi redefinite la o mai mare acuratețe bazată pe kilogram. Și, în ceea ce privește oamenii de știință…
„[Noua definiție] va îmbunătăți considerabil înțelegerea și eleganța de predare despre unități, ” a spus Quinn. „Se va deschide calea spre îmbunătățiri nelimitate în precizia măsurătorilor, se va îmbunătăți foarte mult acuratețea și extinde posibilitățile de a face măsurători precise la cantități foarte mici și foarte mari. ”
Acesta va fi sfârșitul unei ere, cu adevărat-și, de asemenea, începutul uneia noi.
În ceea ce privește IPK în sine, bucata mică de metal care a fost atât de importantă pentru atât de mulți ani va continua să fie păstrată în aceleași condiții ca întotdeauna, sub două borcane clopot într-un seif cu climat controlat .

Aceasta, parțial pentru a onora moștenirea sa; Dar oamenii de știință vor fi mereu oameni de știință. Acesta va fi, de asemenea, studiat: „în anii viitori și decenii putem observa cât de mult se schimbă în masă, ” a spus Quinn, de data aceasta împotriva definirii noi, imuabile de un kilogram. Deci, în cele din urmă vom fi în măsură să spunem sigur dacă acesta de fapt a pierdut din masa în tot acest timp.
Quinn, de asemenea, a remarcat că, în timp ce poate arata complex, noul sistem poate fi de fapt ușor de înțeles de către oricine. El însuși a construit un simplu echilibru din Lego în subsolul său, care poate măsura direct  constanta Planck, cu precizie de 5 la sută.
„Copii de școală, „, a spus el, „vor fi capabili să se distreze imens cu acest lucru. ”
Noua definiție a kilogramului a intrat în vigoare în ziua mondială de Metrologie: 20 mai 2019.

***

Avatarul lui Necunoscut

Publicat de Mihail

Fiind geamăn cu ascendant în săgetător sunt un extrovertit spre coleric de o curiozitate excesivă, perfecționist păgubos, împrăștiat, superficial, agnostic... și nimic din ce-i omenesc nu mi-e străin. Being a Twin with ascendant in Sagittarius I am an extrovert up the choleric, of an excessive curiosity, a to the bitter end perfectionist, scattered, superficial, agnostic... and nothing that is human is foreign to me.

Lasă un comentariu