Новый стандарт определяет килограмм с мая 20, 2019. Shutterstock / Петр Витразек

Мы постоянно измеряем вещи - как долго, как тяжело, как жарко и т. Д. - потому что нам нужны такие вещи, как торговля, здоровье и знания. Но убедиться, что наши измерения сравнивают яблоки с яблоками, было непросто: как узнать, соответствует ли мой килограмм или длина метра вашим.

Предпринимались попытки определить единицы измерения на протяжении многих лет. Но может 20, 2019 - Международный день метрологии - видит полная ревизия из этих стандартов вступают в игру.

Вы ничего не заметите - вы не будете тяжелее или легче, чем днем ​​ранее, - потому что переход сделан плавно

Только определения семи базовых единиц SI (Système International d'Unités, или Международная система единиц) теперь полностью отличается от вчерашнего дня.

Новые определения стандартов (СИ) для килограмма (кг), метра (м), секунды (с), ампера (А), кельвина (К), моль (моль) и канделы (кд). МБМВ, CC BY-ND

Как мы привыкли измерять

Люди всегда были в состоянии считать, но по мере нашего развития мы быстро перешли к измерению длины, веса и времени.

Египетские фараоны вызвали строительство пирамид на основе длины королевского предплечья, известного как Королевский кубит. Это сохранялось и провозглашалось священниками-инженерами, которые поддерживали стандарт под страхом смерти.

Метрология в действии - взвешивание душ умерших и египетского королевского кубита (черный жезл). Бринн Хибберт

Но кубит не был фиксированной единицей с течением времени - он составлял около полуметра, плюс или минус несколько десятков миллиметров по сегодняшним меркам.

Первое предложение универсального набора десятичных мер было сделано Джоном Уилкинсом в 1668, тогдашним секретарем Королевского общества в Лондоне.

Толчком к практическим занятиям послужила Французская революция. Именно французы определили первые стандарты длины и массы с двумя платиновыми стандартами, представляющими метр и килограмм в июне 22, 1799, в Archives de la République в Париже.

Согласованные стандарты

Ученые поддержали эту идею, особенно заинтересован немецкий математик Карл Фридрих Гаусс. Представители стран 17 собрались вместе, чтобы создать Международную систему единиц, подписав Договор метра конвенции мая 20, 1875.

Франция, уличная репутация которой пострадала во франко-прусской войне и не была научной силой, которой она когда-то была, предложила избитый замок в Лесу Сен-Клу в качестве международного дома для новой системы.

БИПМ, дом СИ. Бринн Хибберт (2012)

В павильоне де Бретей до сих пор находится Международное бюро де Пойдс и Мезур (МБМВ), где находится Международный Прототип Килограмма (отныне Большой K) в двух сейфах и трех стеклянных колпаке.

Big K - это отполированный блок платины-иридия, используемый для определения килограмма, по которому в конечном итоге измеряются все килограммовые веса. (Оригинал был только три раза взвешен с рядом почти идентичных копий.)

Международный прототип килограмма (Большой К). Фотография предоставлена ​​BIPM

Британцы, которые были видны в дискуссиях и предоставили платиново-иридиевый килограмм, отказались подписать Договор до 1884.

Уже тогда новая система использовалась только учеными, а повседневная жизнь измерялась в традиционных имперских единицах, таких как фунты и унции, футы и дюймы.

Соединенные Штаты подписали Договор в тот же день, но затем так и не реализовали его, опираясь на свою собственную версию британской имперской системы, которую они до сих пор в основном используют сегодня.

США, возможно, опровергли это решение в 1999, однако, когда орбитальный аппарат Mars Climate Orbiter (MCO) пропал без вести. сообщить об инцидентестранно названный «неудачей» (который стоил 193.1 долларов США в 1999), сказал:

[…] Основной причиной гибели космического корабля MCO было отсутствие использования метрических единиц в кодировании файла наземного программного обеспечения «Малые силы», используемого в моделях траекторий.

По существу, космический корабль был потерян в атмосфере Марса, когда он вышел на орбиту ниже, чем планировалось.

Новые определения СИ

Так почему перемены сегодня? Основные проблемы с предыдущими определениями были, в случае килограммони были нестабильны и, для единицы электрического тока, ампера, не могли быть реализованы.

И из взвешиваний против официальных копий мы думаем, что Большой К медленно терял массу.

Все единицы теперь определены обычным способом, используя то, что BIPM называет «явная константаФормулировка.

Идея состоит в том, что мы берем универсальную постоянную - например, скорость света в вакууме - и с этого момента фиксируем ее числовое значение на нашем наилучшем измеренном значении, без неопределенности.

Реальность фиксирована, число фиксировано, и поэтому единицы измерения теперь определены.

Поэтому нам нужно было найти семь констант и убедиться, что все измерения согласованы в пределах неопределенности измерений, а затем начать обратный отсчет до сегодняшнего дня. (Все технические детали доступен здесь.)

Австралия приложила руку к созданию самого грубого макроскопического объекта на Земле, кремниевой сферы, используемой для измерения Постоянная АвогадроКоличество субъектов в фиксированном количестве вещества. Теперь это определяет единицу СИ, моль, в основном используемую в химии.

Вальтер Джардини из Национального института измерений Австралии, владеющий кремниевой сферой в рамках проекта Avogadro. Бринн Хибберт

От стандарта к артефакту

Что из Big K - стандартный килограмм? Сегодня он становится объектом большого исторического значения, которое можно взвесить, и его масса будет иметь неопределенность измерений.

С сегодняшнего дня килограмм определяется с помощью постоянной Планка, что не отличается от квантовой физики.

Однако сейчас задача состоит в том, чтобы объяснить эти новые определения людям, особенно не ученым, чтобы они поняли. Сравнивать килограмм с металлическим блоком легко.

Технически килограмм (кг) теперь определено:

[…] Принимая фиксированное числовое значение постоянной Планка h быть 6.626 070 15 × 10^-34 когда выражено в единицах J s, что равно кг м² s^-1где метр и второй определены в терминах c и ??_Cs.

Об авторе

Дэвид Бринн Хибберт, заслуженный профессор аналитической химии, UNSW

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon