RIP Kilogrammet, som aldri blir det samme igjen

De fleste vet hvor mye et pund veier - 16 gram. Den verdslige blant oss kan vite at et kilo er 2,2 pund - eller 1000 gram. Men gjør vi det egentlig vet hva disse tallene betyr? Enighet om måleenheter er mye mer komplisert enn det kan virke, og måten mennesker er enige om på vekter rundt om i verden, er i ferd med å forandre seg helt.

I over et århundre har verdensstandarden for kilo vært den internasjonale prototypen Kilogrammet, en sylinder laget av platina og iridium som er lagret hos Bureau International des Poids et Mesures i Frankrike. BIPM er en internasjonal organisasjon som bidrar til å standardisere internasjonal vitenskap og handel ved å etablere standarder for målinger som vi alle kan være enige om. Dette er grunnen til at BIPM har IPK: Uten denne tunge lille sylinderen ville verden ikke ha et standard kilogram for å bestemme hva et kilo veier. Kopier av IPK (noen ganger kjærlig referert til som "Le Grand K") har blitt distribuert rundt om i verden, slik at medlemslandene kan opprettholde standarden, og hvert 40 år måles IPK for å sikre at det fortsatt er et kilo. Nylige målinger har imidlertid vist at massene av disse Grand Ks er divergerende, noe som kan stave kaos for handel, vitenskap og potensielt slike sensitive felt som rakett, der beregninger må være presise.

Dette systemet kan høres bizar og arkaisk, men det er en god grunn til at verden har brukt denne referansevikt i så mange år: Det er veldig vanskelig å finne ut hva et kilo er på annen måte. Her er hvorfor.

Mens vi kanskje tror forskjellige måleenheter er deres egne naturlige lover, definert i forhold til hverandre - for eksempel en dag er 24 timer og en time er 60 minutter og et minutt er 60 sekunder - sannheten er at enheter av måling er historisk blitt definert når det gjelder noe konkret fenomen i verden. I metrologi, målingens studie, er disse konkrete fenomenene kjent som artefakter.

Som luftfartsingeniør Max Fagin skissert i en tweet tråd på torsdag, har forskere kommet langt over årene når det gjelder å finne ut hvordan man kan bevege seg utenfor gjenstander slik at de kan måle ting uten å måtte legge det ved siden av andre ting. For eksempel brukte et sekund å bli målt som 1 / 31556925.9747 av tiden det tar for Jorden å gå rundt solen. Nå er det definert som hvor lang tid det tar for en elektron i et cesium-133-atom å oscillere 9,192,631,770 ganger. Dette kan høres unødvendig spesifikt og oppriktig bisarrt, men ved å definere en måleenhet i form av et atoms adferd, kan forskere med en viss grad av sikkerhet si at et sekund er et sekund, uansett hvor du er i universet - og nei om du har stoppeklokke.

Kort sagt, forskere har flyttet standard referansepunkt for målinger av menneskeskapte gjenstander og på universelle konstanter. Alle unntatt kilogram.

November er her, og det betyr at et stort skifte kommer. Og med "massiv" refererer jeg selvfølgelig til omdefineringen av kiloenheten av masse som verden har bygd opp i i over 100 år. La meg forklare: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@MaxFagin) 1. november 2018

Den andre, som kilometern, og fire andre enheter, utgjør Systéme International-enhetene. Dette er de mest grunnleggende måleenhetene som alle andre er basert på. I dag kan de fleste SI-enhetene bestemmes uten noen artefakt, men å måle et kilo er mye vanskeligere fordi det krever komplekse beregninger som gjøres mer kompliserte av tyngdekraften. Tross alt, mens vi ofte tenker på masse og vekt som det samme, er de ikke det. Masse, målt i kilo, er hvor mye det er i en gjenstand. Men det er slik forskerne planlegger å gjøre IPK utdatert.

4 / På basen av dette tårnet er SI basenhetene. Bare 7 SI-basenheter definerer hver annen enhet som eksisterer. De er:

Kilogram, kg (masse)

Meter, m (avstand)

For det andre, s (tid)

Kelvin, K (temp)

Ampere, A (elektrisk strøm)

Candela, cd (lysstyrke)

Mole, mol (mengde) pic.twitter.com/Qe2jS13kEn

- Max Fagin (@MaxFagin) 1. november 2018

Det er her Kibble Balance kommer inn for å redde oss. Denne enheten, som er under utvikling av flere laboratorier. Nasjonalt institutt for standarder og teknologi i USA og Nasjonalt fysisk laboratorium i England arbeider begge med denne enheten, som forhåpentligvis vil omdefinere kilogrammet når det gjelder Plancks konstant, et tall som er sentralt for vår forståelse av kvantemekanikk. Kort sagt, denne enheten bestemmer ikke masse ved å måle vekt, men ved måling av elektromagnetisk kraft mellom to plater. Åh, og det er alt gjort i et vakuum.

Kibble-balansen, for å si det enkelt, skal kunne måle massen av en gjenstand - f.eks. IPK - når det gjelder elektrisk kraft. For å få all matematikk involvert, sjekk ut videoen nedenfor. For alle som ikke er inn i det nitty-gritty av fysikk, er det nok å si at Kibble-balansen skal hjelpe forskere omdefinere kilogrammet.

"En viktig grunn til å gjøre dette arbeidet er å sørge for internasjonal sikkerhet," sa Ian Robinson, leder av Nasjonalt Fysisk Laboratoriums tekniske måleavdeling, fortalte Luxembourg News Outlet Delano. "Hvis Pavillon de Breteuil" - der IPK er lagret - "brent ned i morgen og kilogrammet i sine hvelv smeltet, ville vi ikke ha noen referanse igjen for verdens metriske vektsystem. Det ville være kaos. Den nåværende definisjonen av kilo er tyngden av den sylinderen i Paris, tross alt."

Og det er bare ikke bra nok for internasjonal vitenskap.