• Черни дупки
  • Инженерство
  • Екологична техника
  • Бъдещи технологии
  • Научни открития
  • Космос
  • Сигурност
  • Черни дупки
  • Инженерство
  • Екологична техника
  • Бъдещи технологии
  • Научни открития
  • Космос
  • Сигурност

килограм

Дъг Бондеруд

30 август 2019

Теглото свърши: Новият килограм преминава от платинени шайби към константата на Планк

На 20 май 2019 г. Генералната конференция по тежести и мерки хвърли старата дефиниция за килограм и я замени с чисто ново измерване. Но защо промяната? Каква е ползата? Как се изчислява новият стандарт? И какво е въздействието в мащаб? Ето защо новият килограм си струваше теглото.

За всички времена, за всички хора

Америка остава един от малкото глобални задържания, които все още използват имперската система (фута, лири, мили в час) за измерване на разстояние, тегло и скорост. По-голямата част от света използва метричната система, наричана още Международна система от единици (SI), която се появи след като французите хвърлиха монархията и решиха, че най-непокорното нещо, което могат да направят, е да кодифицират измерванията по целия свят - и за да бъдем честни, те не бяха т грешно.

Както отбелязва Vox, новосформираното Бюро за теглилки и мерки създаде система „за всички времена, за всички хора“ и реши, че най-добрият начин да накара всички на борда е да свърже мерните единици с физически представяния:

  • Метърът - една десетмилионна от разстоянието от Северния полюс до екватора. За лесно сравнение е изработена метална пръчка, която точно съответства на тази дължина.
  • Грамът - свързан с масата от 1 кубичен сантиметър вода при четири градуса по Целзий.
  • Килограмът - с тегло от 1000 грама, килограмът е въплътен от Международния прототип Килограм (наричан още Big K), който е парче платинено-иридиева сплав, първоначално създадена през 1889 г. и съхранявана в Севр, Франция. Съществуват копия по целия свят, включително седем в Националните институти за стандарти и технологии (NIST), за да помогнат за стандартизирането на теглата.

Нека (не) се физически

Претегляне на ябълки в хранителния магазин? Измервате височината на децата си на стената? Дори в САЩ използвате линийки и везни, определени от метричната система. Всяко измервателно оборудване може да проследи точността му до измервателните пръчки и платинени шайби, съхранявани по целия свят.

Проблемът: Физическите константи не са постоянни. Земята не е еднородна, неизменна форма, което означава, че измерването на измервателния уред, изчислено с помощта на разстоянието от Северния полюс до екватора, не е последователно. И въпреки невероятните грижи, Big K бавно губи маса - приблизително 50 микрограма през последните 100 години - което CNN отбелязва, че е „приблизително еквивалентно на теглото на миглите“. За ежедневните приложения това не е проблем, но за научните начинания - като претегляне на малки дози фармацевтични продукти или точно измерване на радиоактивни съединения - тази малка загуба може да има големи последствия.

Решението? Създайте нов килограм въз основа на основните свойства на Вселената.

Отвъд Big K

Замяната на Big K с нещо по-добро не се случи за една нощ. От десетилетия учените подобряват способността за точно измерване на ключови универсални константи. Според NIST това е довело до гласуване през 2018 г., което ще предефинира четири от седемте измервания, използвани от Международната система на единиците. Гласуването премина и на Световния ден на метрологията 2019 новите определения влязоха в сила.

За време това означаваше обвързване на секунда с времето, необходимо на един атом цезий 133, за да завърши 9 192 631 770 цикъла на микровълново освобождаване, както обяснява LiveScience. За дължина това означаваше свързване на метър със самата скорост на светлината - по-специално, разстоянието, което светлината изминава за 1/299 792 458-та от секундата. Тъй като тези константи не се променят (поне от гледна точка на хората), тези измервания са точни и надеждни, когато и където и да било. Но как да предефинирате килограм?

Оказва се, че не използвате тегло - използвате константа, която има маса като един от параметрите си. По-конкретно, константата на Планк.

Изглежда така: 6,62607015 x 10 -34 m 2 kg/s. Константата описва как материята освобождава енергия в дискретни количества - известна като кванти - и благодарение на инструмент, известен като Кибъл Баланс, учените са успели да изчислят константата на Планк до изключително малка граница на грешка. Чрез точно приравняване на механичната енергия на масата на обекта с неговата електрическа енергия, везната е увеличила постоянната увереност на Планк до степен, че тя може да служи като нефизическо представяне на SI килограма.

Ето защо: Суперточната константа на Plank съдържа три единици - метри, секунди и килограми. И глюкомерът, и вторият вече са дефинирани с помощта на универсални константи, което ги прави невероятно надеждни. С почти перфектен Планк в ръка, учените се съгласиха да определят новия килограм по отношение на константата, позволявайки по-прецизни и непроменящи се измервания.

Убиване на килограм

И така, какво означава това за метрични (и имперски) потребители по целия свят? От практическа гледна точка, почти нищо. Паунд все още е паунд в магазина за хранителни стоки или на вашата везна за баня. Но вече не сме обвързани с бавно свиващата се маса на не толкова големия Big K, което означава повишена точност за свръхмалки тегла и мерки и стандартизация на мерните единици, която разчита на основните свойства на Вселената - а не на крехка физика на защитени платинени шайби.

Northrop Grumman търси високо талантливи хора, които да се присъединят към нас, за да работят в науката, технологиите, инженерството и много други области. Разгледайте нашите обяви за работа и вижте къде можете да допринесете за бъдещето на иновациите.

Популярен