Một tiêu chuẩn mới xác định kilôgam từ tháng 5 20, 2019. Shutterstock / Piotr Wytrazek

Chúng tôi đo mọi thứ mọi lúc - bao lâu, nặng bao nhiêu, nóng như thế nào - bởi vì chúng tôi cần cho những thứ như thương mại, sức khỏe và kiến ​​thức. Nhưng đảm bảo rằng các phép đo của chúng tôi so sánh táo với táo là một thách thức: làm thế nào để biết liệu trọng lượng kilogam hoặc chiều dài mét của tôi có giống như của bạn không.

Nỗ lực đã được thực hiện để xác định các đơn vị đo lường trong những năm qua. Nhưng có thể 20, 2019 - Ngày quốc tế đo lường - thấy hoàn thành sửa đổi của những tiêu chuẩn đi vào chơi.

Bạn sẽ không nhận thấy bất cứ điều gì - bạn sẽ không nặng hơn hoặc nhẹ hơn ngày trước - bởi vì quá trình chuyển đổi đã được thực hiện liền mạch.

Chỉ là định nghĩa của bảy đơn vị cơ sở của SI (Système International d'Unités, hay Hệ thống đơn vị quốc tế) giờ đã hoàn toàn khác so với ngày hôm qua.

Các định nghĩa mới về tiêu chuẩn (SI) cho kilôgam (kg), mét (m), giây (s), ampere (A), kelvin (K), mol (mol) và candela (cd). BIPM, CC BY-NĐ

Làm thế nào chúng ta sử dụng để đo lường

Con người luôn có khả năng đếm, nhưng khi chúng ta tiến hóa, chúng ta nhanh chóng chuyển sang đo chiều dài, trọng lượng và thời gian.

Các Pharaoh Ai Cập đã khiến các kim tự tháp được xây dựng dựa trên chiều dài của cẳng tay hoàng gia, được gọi là Royal Cubit. Điều này đã được giữ và ban hành bởi các linh mục kỹ sư, những người duy trì tiêu chuẩn dưới nỗi đau của cái chết.

Đo lường trong hành động - cân nặng linh hồn của người chết và Royal Cubit (cây gậy đen). Brynn Hibbert

Nhưng khối này không phải là một đơn vị cố định theo thời gian - nó dài khoảng nửa mét, cộng với hoặc trừ đi vài chục mm theo số đo ngày nay.

Gợi ý đầu tiên về một bộ các biện pháp thập phân phổ quát được đưa ra bởi John Wilkins, ở 1668, sau đó là Thư ký Hội Hoàng gia ở London.

Động lực để làm một cái gì đó thiết thực đã đến với Cách mạng Pháp. Chính người Pháp đã xác định các tiêu chuẩn đầu tiên về chiều dài và khối lượng, với hai tiêu chuẩn bạch kim đại diện cho đồng hồ và kilôgam vào tháng 6 22, 1799, trong Archives de la République ở Paris.

Tiêu chuẩn đồng ý

Các nhà khoa học ủng hộ ý tưởng này, nhà toán học người Đức Carl Friedrich Gauss đặc biệt nhạy bén. Đại diện các quốc gia 17 đã cùng nhau tạo ra Hệ thống các đơn vị quốc tế bằng cách ký kết Hiệp ước Công ước Vào tháng 20, 1875.

Pháp, người có uy tín trên đường phố đã vùi dập trong cuộc chiến tranh Pháp-Phổ và không phải là sức mạnh khoa học như trước đây, đã cung cấp một lâu đài bị đánh đập trong Khu rừng Saint-Cloud như một ngôi nhà quốc tế cho hệ thống mới.

BIPM, nhà của SI. Brynn Hibbert (2012)

Gian hàng de Breteuil vẫn lưu giữ Văn phòng Quốc tế de Poids et Mesures (BIPM), nơi lưu giữ Nguyên mẫu Quốc tế của Kilôgam (từ đó trở thành Big K) trong hai két và ba lọ chuông thủy tinh.

Big K là một khối platinum-iridium được đánh bóng được sử dụng để xác định kilôgam, dựa vào đó tất cả các trọng lượng kilogam cuối cùng được đo. (Bản gốc chỉ được cân ba lần so với một số bản sao gần giống nhau.)

Nguyên mẫu quốc tế của kilôgam (Big K). Hình ảnh lịch sự của BIPM

Người Anh, người đã nổi bật trong các cuộc thảo luận và đã cung cấp kilôgam platinum-iridium, từ chối ký Hiệp ước cho đến khi 1884.

Ngay cả khi đó, hệ thống mới chỉ được sử dụng bởi các nhà khoa học, với cuộc sống hàng ngày được đo bằng các đơn vị Hoàng gia truyền thống như pound và ounce, feet và inch.

Hoa Kỳ đã ký Hiệp ước vào ngày này, nhưng sau đó không bao giờ thực sự thực hiện nó, dựa vào phiên bản riêng của hệ thống Hoàng gia Anh, mà ngày nay nó vẫn chủ yếu sử dụng.

Tuy nhiên, Hoa Kỳ có thể đã đưa ra quyết định đó trong 1999, khi Tàu quỹ đạo Khí hậu Sao Hỏa (MCO) đã mất tích trong hành động. Các báo cáo vụ việc, được gọi một cách kỳ lạ là một mishap trực tiếp (có giá US $ 193.1 triệu trong 1999), cho biết:

[V]] nguyên nhân sâu xa dẫn đến việc mất tàu vũ trụ MCO là do không sử dụng các đơn vị số liệu trong mã hóa tệp phần mềm mặt đất, Lực lượng nhỏ Lực lượng Hồi giáo, được sử dụng trong các mô hình quỹ đạo.

Về cơ bản, tàu vũ trụ đã bị mất trong bầu khí quyển của Sao Hỏa khi nó đi vào quỹ đạo thấp hơn so với kế hoạch.

Các định nghĩa SI mới

Vậy tại sao sự thay đổi ngày hôm nay? Các vấn đề chính với các định nghĩa trước đó là, trong trường hợp kg, chúng không ổn định và, đối với đơn vị dòng điện, ampe, không thể thực hiện được.

Và từ việc cân nhắc với các bản sao chính thức, chúng tôi nghĩ rằng Big K đang dần mất đi khối lượng.

Tất cả các đơn vị hiện được xác định theo cách phổ biến bằng cách sử dụng cái mà BIPM gọi làhằng số rõ ràngXây dựng công thức.

Ý tưởng là chúng ta lấy một hằng số phổ quát - ví dụ, tốc độ ánh sáng trong chân không - và từ giờ trở đi, cố định giá trị số của nó ở giá trị được đo tốt nhất của chúng tôi, mà không chắc chắn.

Thực tế là cố định, số lượng là cố định, và vì vậy các đơn vị hiện được xác định.

Do đó, chúng tôi cần tìm bảy hằng số và đảm bảo tất cả các phép đo đều nhất quán, trong độ không đảm bảo đo, và sau đó bắt đầu đếm ngược cho đến ngày hôm nay. (Tất cả các chi tiết kỹ thuật là sẵn đây.)

Úc đã có một tay trong việc tạo ra vật thể vĩ mô tròn nhất trên Trái đất, một quả cầu silicon được sử dụng để đo Hằng số Avogadro, số lượng thực thể trong một lượng chất cố định. Điều này bây giờ định nghĩa đơn vị SI, nốt ruồi, được sử dụng chủ yếu trong hóa học.

Walter Giardini thuộc Viện Đo lường Quốc gia Úc đang cầm một quả cầu silicon như một phần của dự án Avogadro. Brynn Hibbert

Từ tiêu chuẩn đến vật phẩm

Big K - kilôgam tiêu chuẩn là gì? Ngày nay, nó trở thành một đối tượng có ý nghĩa lịch sử to lớn có thể cân nhắc và khối lượng của nó sẽ có độ không đảm bảo đo.

Từ hôm nay, kilôgam được xác định bằng hằng số Planck, một thứ không thay đổi từ vật lý lượng tử.

Mặc dù vậy, thách thức bây giờ là giải thích những định nghĩa mới này cho mọi người - đặc biệt là những người không phải là nhà khoa học - để họ hiểu. So sánh một kilôgam với một khối kim loại là dễ dàng.

Về mặt kỹ thuật, một kilôgam (kg) là bây giờ được xác định:

[Bắn] bằng cách lấy giá trị số cố định của hằng số Planck h được 6.626 070 15 × 10^-34 khi biểu thị bằng đơn vị J s, bằng kg m² s^-1, trong đó đồng hồ và giây được xác định theo nghĩa c Và ??_Cs.

Giới thiệu về Tác giả

David Brynn Hibbert, Giáo sư Hóa học Phân tích, UNSW

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon