Den måde vi definerer kilo på, meter og sekunder ændres i dag

Vi måler ting hele tiden - hvor længe, hvor tung, hvor varmt, og så videre - fordi vi har brug for ting som handel, sundhed og viden. Men at sikre, at vores mål sammenligner æbler med æbler, har været en udfordring:hvordan man ved, om min kilogramvægt eller meterlængde er den samme som din.

Måleenhederne er forsøgt defineret gennem årene. Men i dag - International Metrology Day - kommer den fuldstændige revision af disse standarder i spil.

Du vil ikke bemærke noget – du vil ikke være tungere eller lettere end i går – fordi overgangen er lavet til at være problemfri.

Bare definitionerne af de syv basisenheder i SI (Système International d'Unités, eller det internationale system af enheder) er nu helt anderledes end i går.

Hvordan vi plejede at måle

Mennesker har altid været i stand til at tælle, men efterhånden som vi udviklede os, gik vi hurtigt over til at måle længder, vægt og tid.

De egyptiske faraoer fik bygget pyramider baseret på længden af ​​den kongelige underarm, kendt som den kongelige alen. Dette blev holdt og bekendtgjort af ingeniørpræster, som holdt standarden under dødens smerte.

Men alen var ikke en fast enhed over tid - den var omkring en halv meter, plus eller minus et par tiere af millimeter efter dagens mål.

Det første forslag til et universelt sæt decimalmål blev lavet af John Wilkins, i 1668, daværende sekretær for Royal Society i London.

Fremdriften til at gøre noget praktisk kom med den franske revolution. Det var franskmændene, der definerede de første standarder for længde og masse, med to platinstandarder, der repræsenterer måleren og kilogrammet den 22. juni, 1799, i Archives de la République i Paris.

Aftalte standarder

Forskere støttede ideen, den tyske matematiker Carl Friedrich Gauss var særlig ivrig. Repræsentanter for 17 nationer kom sammen for at skabe det internationale system af enheder ved at underskrive meterkonventionen den 20. maj. 1875.

Frankrig, hvis street cred havde taget et slag i den fransk-preussiske krig og ikke var den videnskabelige magt, den engang var, tilbød et forslået slot i Saint-Cloud-skoven som et internationalt hjem for det nye system.

Pavilion de Breteuil huser stadig Bureau International de Poids et Mesures (BIPM), hvor ligger den internationale prototype af Kilogrammet (fremover Big K) i to pengeskabe og tre klokkeglas.

Big K er en poleret blok af platin-iridium, der bruges til at definere kilogram, som alle kilogramvægte i sidste ende måles mod. (Originalen er kun blevet vejet tre gange mod et antal næsten identiske kopier.)

Briterne, som havde været fremtrædende i diskussionerne og havde leveret platin-iridium kilogram, nægtede at underskrive traktaten indtil 1884.

Allerede dengang blev det nye system kun brugt af videnskabsmænd, hvor hverdagen måles i traditionelle kejserlige enheder såsom pund og ounce, fod og tommer.

USA underskrev traktaten på dagen, men så aldrig faktisk implementeret det, hænger på sin egen version af det britiske imperiale system, som den stadig mest bruger i dag.

USA kan have fordømt denne beslutning i 1999, imidlertid, da Mars Climate Orbiter (MCO) forsvandt i aktion. Rapporten om hændelsen, underligt kaldet et "uheld" (som kostede 193,1 millioner USD i 1999), sagde:"[...] grundårsagen til tabet af MCO-rumfartøjet var den manglende brug af metriske enheder i kodningen af ​​en jordsoftwarefil, 'Små kræfter, ' brugt i banemodeller."

I det væsentlige gik rumfartøjet tabt i Mars atmosfære, da det kom ind i kredsløb lavere end planlagt.

De nye SI-definitioner

Så hvorfor ændringen i dag? Hovedproblemerne med de tidligere definitioner var, i tilfælde af kilogram, de var ikke stabile, og for enheden for elektrisk strøm, amperen, ikke kunne realiseres.

Og fra vejninger mod officielle kopier, vi tror, ​​at Big K langsomt tabte masse.

Alle enhederne er nu defineret på en fælles måde ved hjælp af det, som BIPM kalder den "eksplicitte konstant"-formulering.

Tanken er, at vi tager en universel konstant – f.eks. lysets hastighed i et vakuum - og fra nu af fastsætte dens numeriske værdi til vores bedst målte værdi, uden usikkerhed.

Virkeligheden er fast, nummeret er fast, og så er enhederne nu defineret.

Vi var derfor nødt til at finde syv konstanter og sikre os, at alle målinger er konsistente, inden for måleusikkerhed, og start derefter nedtællingen til i dag. (Alle tekniske detaljer er tilgængelige her.)

Australien var med til at skabe det rundeste makroskopiske objekt på Jorden, en siliciumkugle, der bruges til at måle Avogadro-konstanten, antallet af enheder i en fast mængde stof. Dette definerer nu SI-enheden, muldvarp, bruges i høj grad i kemi.

Fra standard til artefakt

Hvad med det store K - standardkilogrammet? I dag bliver det et objekt af stor historisk betydning, der kan vejes, og dets masse vil have måleusikkerhed.

Fra i dag er kilogrammet defineret ved hjælp af Planck-konstanten, noget, der ikke ændrer sig fra kvantefysik.

Udfordringen nu er dog at forklare disse nye definitioner for mennesker – især ikke-videnskabsmænd – så de forstår. Det er nemt at sammenligne et kilogram med en metalblok.

Teknisk set er et kilogram (kg) nu defineret:"[...] ved at tage den faste numeriske værdi af Planck-konstanten h til at være 6.626 070 15 × 10 ^–34 når det udtrykkes i enheden J s, som er lig med kg m ² s ^–1 , hvor måleren og den anden er defineret mht c og Δν _Cs . "

Prøv at forklare det til nogen!

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.