Dodano: 21 maj 2019r.

Nowa definicja kilograma. Zmiany w układzie SI wchodzą w życie

Od poniedziałku obowiązują nowe definicje podstawowych jednostek miar układu SI. Chodzi m.in. o kilogram czy amper, które od teraz oparte są na uniwersalnych w skali Wszechświata stałych fizycznych, a nie na wzorcu lub przez arbitralne odniesienie.

 

W podziemnym skarbcu na przedmieściach Paryża znajduje się mały metalowy cylinder znany jako Le Grand K. Przez 130 lat ten kawałek platyny i irydu służył jako międzynarodowa miara kilograma. To od niego odmierzano wszystkie inne kilogramy na całej planecie.

Jeśli mikroskopijne zanieczyszczenia w powietrzu spowodowały, że Le Grand K stał się nieco cięższy, wszystkie inne kilogramy odmierzone wcześniej miały nieco inną wartość. Mimo rygorystycznych środków zaradczych podjętych przez władze paryskiego skarbca szacuje się, że w ciągu 130 lat Le Grand K stracił 50 mikrogramów swojej masy.

 

Ale długie panowanie Le Grand K dobiega końca. Od poniedziałku kilogram jest definiowany nie przez inny obiekt, ale przez podstawową stałą fizyczną znaną jako stała Plancka.

- W przeciwieństwie do obiektu fizycznego, fundamentalna stała się nie zmienia - powiedział Stephan Schlamminger, fizyk z Narodowego Instytutu Standaryzacji i Technologii (NIST). - Teraz kilogram będzie miał taką samą masę, niezależnie od tego, czy jesteś na Ziemi, na Marsie lub w galaktyce Andromedy – dodał.

O redefinicji podstawowych jednostek w układzie SI zdecydowano w listopadzie ubiegłego roku podczas XXVI Generalnej Konferencji Miar. Rewolucja ta dotknęła cztery podstawowe jednostki miar: kilogram (masa), amper (natężenie prądu elektrycznego), mol (liczność materii) i kelwin (temperatura). Trzy pozostałe podstawowej jednostki: sekunda (czas), metr (długość) oraz kandela (światłość źródła światła) już wcześniej zostały oparte na stałych fizycznych. Na przykład metr został zdefiniowany w 1983 roku jako odległość, którą pokonuje światło w próżni w ciągu 1/299 792 458 sekundy.

Nowe definicje są oparte na stałych fizycznych. I tak mol powiązano ze stałą Avogadra; wartość kelwina uzależniono od stałej Boltzmanna; amper powiązano z wartością ładunku elementarnego i sekundy, a kilogram ze stałą Plancka. Zmiany dotyczą także wszystkich jednostki pochodzące od nich, takich jak wolt, om i dżul.

Ta redefinicja pozwala każdemu laboratorium na świecie, które wyposażone jest w odpowiednio precyzyjny sprzęt, zdefiniować podstawowe jednostki układ SI, jak chociażby kilogram. Nowy kilogram wynosi dokładnie tyle, ile stary, ale odnosząc się do niezmiennych praw natury poprzez eksperyment, a nie do obiektu fizycznego, naukowcy mogą pracować na najwyższym poziomie precyzji w dowolnej skali, bez utraty dokładności.

Zmiany w układzie SI będą miały znikomy wpływ na codzienne życie. Prawdopodobnie najbardziej niezadowoleni z nich będą uczniowie. Do tej pory definicja kilograma była prosta – jednostka masy równa masie międzynarodowego prototypu kilograma, przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres. Nowa definicja jest znacznie bardziej skomplikowana – kilogram to jednostka SI masy. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej stałej Plancka h, wynoszącej 6,626 070 15 × 10‑34, wyrażonej w jednostce J s, która jest równa kg m2 s-1, przy czym metr i sekunda zdefiniowane są za pomocą c i ∆νCs.

 

Źródło: GUM, Nature, fot. Greg L/ Wikimedia Commons/ CC BY-SA 3.0. Na zdjęciu wzorzec kilograma z Sèvres