Ένα νέο πρότυπο ορίζει το κιλό από τις 20 Μαΐου 2019. Shutterstock/Piotr Wytrazek

Μετράμε συνεχώς τα πράγματα – πόσο καιρό, πόσο βαρύ, πόσο ζεστό κ.λπ. – γιατί χρειαζόμαστε για πράγματα όπως το εμπόριο, η υγεία και η γνώση. Αλλά το να βεβαιωθούμε ότι οι μετρήσεις μας συγκρίνουν τα μήλα με τα μήλα ήταν μια πρόκληση: πώς να καταλάβω εάν το κιλό μου βάρος ή το μήκος του μέτρου είναι το ίδιο με το δικό σας.

Έχουν γίνει προσπάθειες να καθοριστούν οι μονάδες μέτρησης με την πάροδο των ετών. Αλλά 20 Μαΐου 2019 - Διεθνής Ημέρα Μετρολογίας – βλέπει το πλήρης αναθεώρηση αυτά τα πρότυπα μπαίνουν στο παιχνίδι.

Δεν θα έχετε παρατηρήσει τίποτα – δεν θα είστε βαρύτεροι ή ελαφρύτεροι από την προηγούμενη μέρα – επειδή η μετάβαση έχει γίνει για να είναι απρόσκοπτη.

Μόνο οι ορισμοί των επτά μονάδων βάσης του SI (Système International d'Unités, ή το Διεθνές Σύστημα Μονάδων) είναι πλέον εντελώς διαφορετικά από χθες.

Νέοι ορισμοί των προτύπων (SI) για το κιλό (kg), το μέτρο (m), το δευτερόλεπτο (s), το αμπέρ (A), το kelvin (K), το mole (mol) και το candela (cd). BEEP, CC BY-ND

Πώς μετρούσαμε

Οι άνθρωποι ήταν πάντα σε θέση να μετρούν, αλλά καθώς εξελισσόμασταν, προχωρήσαμε γρήγορα στη μέτρηση των μηκών, των βαρών και του χρόνου.

Οι Αιγύπτιοι Φαραώ προκάλεσαν την κατασκευή πυραμίδων με βάση το μήκος του βασιλικού αντιβραχίου, γνωστό ως Βασιλικό Πήβο. Αυτό κρατήθηκε και διαδόθηκε από ιερείς μηχανικούς που διατήρησαν το πρότυπο κάτω από τον πόνο του θανάτου.

Η μετρολογία σε δράση – ζυγίζει τις ψυχές των νεκρών και το Αιγυπτιακό Βασιλικό Πήβο (η μαύρη ράβδος). Μπριν Χίμπερτ

Αλλά ο πήχης δεν ήταν μια σταθερή μονάδα με την πάροδο του χρόνου – ήταν περίπου μισό μέτρο, συν ή πλην μερικές δεκάδες χιλιοστά με τη σημερινή μέτρηση.

Η πρώτη πρόταση ενός καθολικού συνόλου δεκαδικών μέτρων έγινε από τον John Wilkins, το 1668, τότε Γραμματέα της Βασιλικής Εταιρείας στο Λονδίνο.

Η ώθηση για να κάνουμε κάτι πρακτικό ήρθε με τη Γαλλική Επανάσταση. Ήταν οι Γάλλοι που καθόρισαν τα πρώτα πρότυπα μήκους και μάζας, με δύο πρότυπα πλατίνας που αντιπροσωπεύουν το μέτρο και το κιλό στις 22 Ιουνίου 1799, στα Αρχεία της Δημοκρατίας στο Παρίσι.

Συμφωνημένα πρότυπα

Οι επιστήμονες υποστήριξαν την ιδέα, ενώ ο Γερμανός μαθηματικός Carl Friedrich Gauss ήταν ιδιαίτερα πρόθυμος. Αντιπρόσωποι 17 εθνών ενώθηκαν για να δημιουργήσουν το Διεθνές Σύστημα Μονάδων υπογράφοντας το Συνθήκη για τον μετρητή τον Μάιο 20, 1875.

Η Γαλλία, της οποίας η πίστη του δρόμου είχε χτυπηθεί στον Γαλλο-Πρωσικό πόλεμο και δεν ήταν η επιστημονική δύναμη που ήταν κάποτε, πρόσφερε ένα καταπατημένο κάστρο στο Δάσος του Saint-Cloud ως διεθνές σπίτι για το νέο σύστημα.

BIPM, το σπίτι του SI. Brynn Hibbert (2012)

Το Pavilion de Breteuil στεγάζει ακόμα το Bureau International de Poids et Mesures (BEEP), όπου εδρεύει το International Prototype of the Kilogram (εφεξής το Big K) σε δύο χρηματοκιβώτια και τρία γυάλινα βάζα καμπάνας.

Το Big K είναι ένα γυαλισμένο μπλοκ πλατίνας-ιριδίου που χρησιμοποιείται για τον καθορισμό του κιλού, έναντι του οποίου μετρώνται τελικά όλα τα κιλά βάρη. (Το πρωτότυπο έχει ζυγιστεί μόνο τρεις φορές με έναν αριθμό σχεδόν πανομοιότυπων αντιγράφων.)

Διεθνές πρωτότυπο του κιλού (το Big K). Φωτογραφία ευγενική προσφορά του BIPM

Οι Βρετανοί, που είχαν πρωταγωνιστήσει στις συζητήσεις και είχαν δώσει το κιλό πλατίνας-ιριδίου, αρνήθηκαν να υπογράψουν τη Συνθήκη μέχρι το 1884.

Ακόμη και τότε το νέο σύστημα χρησιμοποιήθηκε μόνο από επιστήμονες, με την καθημερινή ζωή να μετράται σε παραδοσιακές αυτοκρατορικές μονάδες όπως λίβρες και ουγγιές, πόδια και ίντσες.

Οι Ηνωμένες Πολιτείες υπέγραψαν τη Συνθήκη εκείνη την ημέρα, αλλά στη συνέχεια δεν την εφάρμοσαν στην πραγματικότητα, βασιζόμενες στη δική τους εκδοχή του βρετανικού αυτοκρατορικού συστήματος, την οποία χρησιμοποιούν ως επί το πλείστον σήμερα.

Οι Ηνωμένες Πολιτείες μπορεί να διέψευσαν αυτή την απόφαση το 1999, ωστόσο, όταν το Mars Climate Orbiter (MCO) εξαφανίστηκε στη δράση. ο αναφορά στο περιστατικό, που ονομάζεται γραφικά «ατυχία» (το οποίο κόστισε 193.1 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 1999), είπε:

[…] η βασική αιτία για την απώλεια του διαστημικού σκάφους MCO ήταν η αποτυχία χρήσης μετρικών μονάδων στην κωδικοποίηση ενός αρχείου λογισμικού εδάφους, «Small Forces», που χρησιμοποιείται σε μοντέλα τροχιάς.

Ουσιαστικά το διαστημόπλοιο χάθηκε στην ατμόσφαιρα του Άρη καθώς μπήκε σε τροχιά χαμηλότερα από το προγραμματισμένο.

Οι νέοι ορισμοί SI

Γιατί λοιπόν η αλλαγή σήμερα; Τα κύρια προβλήματα με τους προηγούμενους ορισμούς ήταν, στην περίπτωση του χιλιόγραμμο, δεν ήταν σταθερά και, για τη μονάδα ηλεκτρικού ρεύματος, το αμπέρ, δεν μπορούσε να πραγματοποιηθεί.

Και από τη στάθμιση έναντι των επίσημων αντιγράφων, πιστεύουμε ότι το Big K έχανε σιγά σιγά μάζα.

Όλες οι μονάδες ορίζονται πλέον με έναν κοινό τρόπο χρησιμοποιώντας αυτό που το BIPM ονομάζει "ρητή σταθερά» διατύπωση.

Η ιδέα είναι ότι παίρνουμε μια καθολική σταθερά – για παράδειγμα, την ταχύτητα του φωτός στο κενό – και από εδώ και στο εξής καθορίζουμε την αριθμητική της τιμή στην καλύτερα μετρημένη τιμή μας, χωρίς αβεβαιότητα.

Η πραγματικότητα είναι σταθερή, ο αριθμός είναι σταθερός και έτσι οι μονάδες ορίζονται τώρα.

Χρειαζόμασταν λοιπόν να βρούμε επτά σταθερές και να βεβαιωθούμε ότι όλες οι μετρήσεις είναι συνεπείς, εντός της αβεβαιότητας των μετρήσεων, και στη συνέχεια να ξεκινήσουμε την αντίστροφη μέτρηση για το σήμερα. (Όλες οι τεχνικές λεπτομέρειες είναι διαθέσιμο εδώ.)

Η Αυστραλία συνέβαλε στη δημιουργία του πιο στρογγυλού μακροσκοπικού αντικειμένου στη Γη, μιας σφαίρας πυριτίου που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση Σταθερά Avogadro, ο αριθμός των οντοτήτων σε μια σταθερή ποσότητα ουσίας. Αυτό ορίζει τώρα τη μονάδα SI, mole, που χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό στη χημεία.

Ο Walter Giardini του Εθνικού Ινστιτούτου Μετρήσεων της Αυστραλίας κρατά μια σφαίρα πυριτίου ως μέρος του έργου Avogadro. Μπριν Χίμπερτ

Από τυπικό σε τεχνούργημα

Τι συμβαίνει με το Big K - το τυπικό κιλό; Σήμερα γίνεται αντικείμενο μεγάλης ιστορικής σημασίας που μπορεί να ζυγιστεί και η μάζα του θα έχει μετρητική αβεβαιότητα.

Από σήμερα το κιλό ορίζεται χρησιμοποιώντας τη σταθερά Planck, κάτι που δεν αλλάζει από την κβαντική φυσική.

Ωστόσο, η πρόκληση τώρα είναι να εξηγήσουμε αυτούς τους νέους ορισμούς στους ανθρώπους – ειδικά σε μη επιστήμονες – ώστε να καταλάβουν. Η σύγκριση ενός κιλού με ένα μεταλλικό μπλοκ είναι εύκολη.

Τεχνικά ένα κιλό (kg) είναι τώρα ορίζεται:

[…] παίρνοντας τη σταθερή αριθμητική τιμή της σταθεράς Planck h να είναι 6.626 070 15 × 10^-34 όταν εκφράζεται στη μονάδα J s, η οποία είναι ίση με kg m² s^-1, όπου ο μετρητής και ο δεύτερος ορίζονται ως προς c και ??_Cs.

Σχετικά με το Συγγραφέας

David Brynn Hibbert, Ομότιμος Καθηγητής Αναλυτικής Χημείας, UNSW

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Σχετικά βιβλία

at InnerSelf Market και Amazon