Na Generalnej Konferencji Miar w Paryżu przedstawiciele 60 krajów głosowali za ponownym zdefiniowaniem Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (układ SI), który zmienia światową definicję kilograma, ampera, kelwina i mola. Wszystkie te jednostki będą teraz definiowane poprzez fundamentalne stałe przyrody.
W 1889 roku decyzją Generalnej Konferencji Miar ustanowiono wzorzec kilograma. To walec ze stopu platyny i irydu, który od tamtego czasu jest przechowywany w sterylnych warunkach w sejfie Międzynarodowe Biuro Miar i Wag w Sèvres koło Paryża. „La Grand K”, bo taką nosi nazwę, ma kilka kopi w samym Sèvres, a wiele państw zakupiło swoje własne kopie, w tym także Polska w 1951 roku.
Ale wzorzec nie będzie już potrzebny. Od 20 maja przyszłego roku kilogram będzie wyliczany na podstawie stałej Plancka. Dzisiaj naukowcy z całego świata zebrani w Paryżu jednomyślnie głosowali za zmianą sposobu definiowania jednostek układu SI. Od przyszłego roku kilogram, amper, kelwin i mol będą określane przez podstawowe stałe przyrody.
Decyzja ta zapewni stabilność całego układu w przyszłości i otworzy drogę do zastosowania nowych technologii, w tym technologii kwantowych. Oczywiście rozmiar jednostek się nie zmieni. Kilogram będzie nadal kilogramem. Zmieni się natomiast sposób ich wyznaczania.
O ile stabilność „La Grand K” można było potwierdzić jedynie poprzez porównanie z identycznymi kopiami, co jest potencjalnie niedokładnym procesem, to stała Plancka jest gotowa do użycia zawsze i wszędzie. Nie trzeba będzie jeździć do Sèvres, by porównać masę z wzorcem. Kilogram, nie mniej i nie więcej, będzie mógł uzyskać każdy bez konieczności odnoszenia się do metalowego walca zamkniętego w sejfie.
- Ponowna definicja SI to przełomowy moment postępu naukowego - powiedział Martin Milton, dyrektor Międzynarodowego Biura Miar i Wag. - Używając fundamentalnych stałych obserwowanych w naturze jako podstawę dla ważnych pojęć, takich jak masa i czas, oznacza, że mamy stabilne podstawy, dzięki którym możemy poszerzyć naszą wiedzę naukową, opracować nowe technologie i sprostać największym wyzwaniom społecznym – wyjaśnił.
IT'S OFFICIAL – the science community has voted! All of the SI units will be defined by fundamental constants of nature as of 20 May 2019! #SIRedefinitionhttps://t.co/U1V0TFxXLG pic.twitter.com/xpcddbAAmV
— NPL (@NPL) 16 listopada 2018
- Dzisiejszy dzień jest kulminacją dziesiątków lat pracy naukowców zajmujących się pomiarami na całym świecie. Nie będziemy już dłużej związani ograniczeniami obiektów w naszym pomiarze świata. Dysponujemy uniwersalnymi dostępnymi jednostkami, które mogą utorować drogę do jeszcze większej dokładności, a nawet przyspieszyć postęp naukowy – przyznał Barry Inglis, dyrektor Międzynarodowego Komitetu ds. Miar i Wag.
Nowe definicje mają wpływ na cztery z siedmiu podstawowych jednostek układu SI: kilogram, amper, kelwin i mol; oraz wszystkie jednostki pochodzące od nich, takie jak wolt, om i dżul.
Kilogram (masa) będzie określany na podstawie stałej Plancka. Amper (natężenie prądu) będzie określany poprzez elementarny ładunek elektryczny. Kelwin (temperatura) na podstawie stałej Boltzmanna, a mol (ilość materii) poprzez stałą Avogadra. Zmieniony układ SI zachowa swoją przydatność i ułatwi innowacje techniczne.
Już wcześniej zaszły podobne zmiany. Do 1967 roku jednostka czasu – sekunda – była wyliczana jako ułamek doby (konkretnie 1/86400 część doby). W 1967 roku Generalna Konferencja Miar ustaliła, że sekunda to czas równy 9192631770 drgań promieniowania atomu cezu-133. Podobnie było z metrem. Od 1983 roku metr jest to odległość, jaką pokonuje światło w próżni w czasie 1/299792458 sekundy. Wcześniej istniał wzorzec metra zamknięty w sejfie w Sèvres w postaci metalowego pręta, a jeszcze wcześniej był to ułamek długości południka. Prędkość światła w próżny oraz częstotliwość promieniowania cezu-133 są fundamentalnymi stałymi i pozostają niezmienne.
Redefinicja sekundy stanowiła podstawę technologii, która zmieniła sposób komunikowania się na całym świecie poprzez GPS i Internet. Nowe zmiany będą miały daleko idący wpływ na naukę, technologię, handel, zdrowie i środowisko oraz na wiele innych dziedzin życia.
Jeśli chodzi chociażby o kilogram, to dokładny pomiar ma kluczowe znaczenie w wielu obszarach, takich jak rozwój leków czy inżynieria precyzyjna. Obecne technologie pokazują, że porównanie wzorca z Sèvres z jego kopiami rozsianym po całym świecie, wykazuje rozbieżności. W przypadku gdy chodzi o około 50 części na miliard, mniej niż waga pojedynczej rzęsy, dla zwykłego śmiertelnika nie ma to żadnego znaczenia, ale w nanotechnologii ma kolosalne. W dzisiejszym świecie takie rozbieżności są niedopuszczalne.
Trzeba także pamiętać, że jednostki, takie jak niuton, paskal czy tesla, są definiowane za pomocą kilograma. Zatem każda rozbieżność czy zmiana wzorca, choćby poprzez drobinkę zanieczyszczeń, wpływa na jednostki pochodne.
Źródło: NPL, BBC, fot. Greg L/ Wikimedia Commons/ CC BY-SA 3.0. Na zdjęciu wzorzec kilograma z Sèvres
