Kilogram nie jest już niczym. Zamiast tego jest to abstrakcyjny pomysł na światło i energię.
Na dzień dzisiejszy (20 maja) fizycy zastąpili stary kilogram - 130-letni cylinder platynowo-irydowy o wadze 2,2 funta (1 kilogram) siedzący w pokoju we Francji - abstrakcyjnym, niezmiennym pomiarem opartym na biliardach cząsteczki światła i stała Plancka (podstawowa cecha naszego wszechświata).
W pewnym sensie jest to wielkie (i zaskakująco trudne) osiągnięcie. Kilogram jest teraz ustalony na zawsze. Nie może się zmieniać w czasie, ponieważ cylinder traci tutaj atom lub atom tam. Oznacza to, że ludzie mogą przekazywać tę jednostkę masy, w kategoriach surowej nauki, kosmitom. Kilogram jest teraz prostą prawdą, pomysłem, który można przenieść w dowolne miejsce we wszechświecie, nie zawracając sobie głowy zabraniem ze sobą cylindra.
A jednak… więc co z tego? W praktyce nowy kilogram waży z dokładnością do kilku części na miliard dokładnie tyle samo, co stary kilogram. Jeśli wczoraj ważyłeś 93 kilogramy (204 funty), dziś i jutro ważysz 93 kilogramy. Tylko w kilku wąskich zastosowaniach naukowych nowa definicja będzie miała znaczenie.
Naprawdę fascynujące jest to, że praktycznie nie zmieni się sposób, w jaki większość z nas używa kilograma. To, jak cholernie trudno było w ogóle rygorystycznie zdefiniować jednostkę masy.
Inne fundamentalne siły już dawno były rozumiane w kategoriach podstawowej rzeczywistości. Sekunda czasu? Kiedyś, według National Institute of Standards and Technology (NIST), zdefiniowano go w kategoriach wahań zegara wahadłowego. Ale teraz naukowcy rozumieją sekundę jako czas, w którym atom cezu 133 przechodzi przez 9 192 631 770 cykli uwalniania promieniowania mikrofalowego. Metr? To odległość, jaką światło pokonuje w 1/299,792,458 sekundy.
Ale masa nie jest taka. Zwykle mierzymy kilogramy pod względem masy - jak bardzo ta rzecz przesuwa się na wagę? Ale jest to pomiar, który zależy od tego, gdzie faktycznie wykonujesz ważenie. Ten cylinder we Francji ważyłby znacznie mniej, gdybyś przyniósł go na Księżyc, a nawet odrobinę więcej lub trochę mniej, gdybyś przyniósł go do innych części Ziemi.
Jak wyjaśnia NIST, nowy kilogram opiera się na podstawowej relacji między masą a energią - relacją częściowo wyrażoną w Einsteinie E = mc ^ 2, co oznacza, że energia jest równa masie razy prędkość światła do kwadratu. Masę można przeliczyć na energię i odwrotnie. W porównaniu z masą energia jest łatwiejsza do zmierzenia i zdefiniowania w sposób dyskretny.
To dzięki innemu równaniu, nawet starszemu niż E = mc ^ 2. Według NIST fizyk Max Planck wykazał w 1900 r., Że E = hv. Pokazał, że na wystarczająco małą skalę energia może podnosić się i opadać, i tylko krokami. E = hv oznacza, że energia jest równa „v” - częstotliwości niektórych cząstek, takich jak foton - pomnożona przez „h” - liczba 6,62607015 × 10 ^ 34, znana również jako stała Plancka.
„v” w E = hv musi zawsze być liczbą całkowitą, np. 1, 2, 3 lub 6,492. Niedozwolone są ułamki ani dziesiętne. Energia jest więc z natury dyskretna, poruszając się w górę iw dół w krokach „h” (6,62607015 × 10 ^ minus34).
Nowy kilogram łączy E = mc ^ 2 i E = hv. Umożliwia to naukowcom zdefiniowanie masy w kategoriach stałej Plancka, niezmiennej cechy wszechświata. Międzynarodowa koalicja laboratoriów naukowych zebrała się, aby jak najdokładniej dokonać pomiarów stałej Plancka, z dokładnością do kilku części na miliard. Masa nowego kilograma odpowiada energii 1,4755214 razy 10 ^ 40 fotonów, które oscylują na tych samych częstotliwościach co atomy 133 cezu stosowane w zegarach atomowych.
Nie jest to najłatwiejsze do utrzymania na skali. Ale jako pomysł jest o wiele bardziej przenośny niż cylinder ze stopu platynowo-irydowego.
