ที่กิโลกรัมไม่ใช่เรื่องอีกต่อไป แต่เป็นความคิดที่เป็นนามธรรมเกี่ยวกับแสงและพลังงาน
ณ วันนี้ (20 พฤษภาคม)นักฟิสิกส์ได้แทนที่กิโลกรัมเก่า-กระบอกสูบอายุ 130 ปีแพลตตินัม-อิริเดียมมีน้ำหนัก 2.2 ปอนด์ (1 กิโลกรัม) นั่งอยู่ในห้องในฝรั่งเศส--มีการวัดที่เป็นนามธรรมและไม่เปลี่ยนแปลงตามอนุภาคแสงและค่าคงที่ของพลังค์ (คุณลักษณะพื้นฐานของจักรวาลของเรา)
ในแง่หนึ่งนี่คือความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ (และยากอย่างน่าประหลาดใจ) กิโลกรัมได้รับการแก้ไขตลอดไปในขณะนี้ มันไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากกระบอกสูบสูญเสียอะตอมที่นี่หรืออะตอมที่นั่น นั่นหมายความว่ามนุษย์สามารถสื่อสารหน่วยของมวลนี้ในแง่ของวิทยาศาสตร์ดิบไปยังมนุษย์ต่างดาวอวกาศ กิโลกรัมตอนนี้เป็นความจริงง่ายๆความคิดที่สามารถนำไปใช้ได้ทุกที่ในจักรวาลโดยไม่ต้องกังวลที่จะนำกระบอกสูบมาด้วย
และยัง ... แล้วไง? การพูดในทางปฏิบัติต่อกิโลกรัมใหม่มีน้ำหนักภายในไม่กี่ส่วนต่อพันล้านเท่าที่กิโลกรัมเก่าทำ หากคุณชั่งน้ำหนัก 93 กิโลกรัม (204 ปอนด์) เมื่อวานนี้คุณจะมีน้ำหนัก 93 กิโลกรัมวันนี้และพรุ่งนี้ เฉพาะในแอปพลิเคชันทางวิทยาศาสตร์ที่แคบเพียงไม่กี่คำจำกัดความใหม่จะสร้างความแตกต่าง -7 ข้อเท็จจริงแปลก ๆ เกี่ยวกับควาร์ก-
สิ่งที่น่าสนใจจริงๆที่นี่ไม่ใช่การพูดจริงวิธีที่พวกเราส่วนใหญ่ใช้กิโลกรัมจะเปลี่ยนไป มันเป็นเรื่องยากที่มันจะกลายเป็นเรื่องยากที่จะกำหนดหน่วยมวลอย่างจริงจังเลย
กองกำลังพื้นฐานอื่น ๆ ได้รับการเข้าใจมานานในแง่ของความเป็นจริงพื้นฐาน วินาทีที่สอง? ครั้งหนึ่งตามสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST)มันถูกกำหนดในแง่ของการชิงช้าของนาฬิกาลูกตุ้ม แต่ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจวินาทีเมื่อใช้เวลาอะตอมของซีเซียม 133 ผ่าน 9,192,631,770 รอบของการปล่อยรังสีไมโครเวฟ เมตร? นั่นคือแสงระยะทางเดินทางใน 1/299,792,458 ของวินาที
แต่มวลไม่ได้เป็นอย่างนั้น เรามักจะวัดกิโลกรัมในแง่ของน้ำหนัก - สิ่งนี้ผลักลงไปในระดับเท่าไหร่? แต่นั่นคือการวัดที่ขึ้นอยู่กับว่าคุณทำการชั่งน้ำหนักจริง กระบอกสูบนั้นในฝรั่งเศสจะมีน้ำหนักน้อยกว่ามากถ้าคุณนำมันมาสู่ดวงจันทร์และแม้แต่น้อยลงเล็กน้อยหรือเล็กน้อยถ้าคุณนำมันไปยังส่วนอื่น ๆ ของโลก
ตามที่ NIST อธิบายกิโลกรัมใหม่ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างมวลและพลังงาน - ความสัมพันธ์บางส่วนสะกดออกมาEinstein's e = mc^2ซึ่งหมายความว่าพลังงานเท่ากับมวลเวลาความเร็วของแสงกำลังสอง มวลสามารถแปลงเป็นพลังงานและในทางกลับกัน และเมื่อเปรียบเทียบกับมวลพลังงานนั้นง่ายต่อการวัดและกำหนดในแง่ที่ไม่ต่อเนื่อง
ต้องขอบคุณสมการอื่นแม้จะแก่กว่า e = mc^2 ที่นักฟิสิกส์ Max Planck แสดงในปี 1900e = hv ตาม NIST เขาแสดงให้เห็นว่าในขนาดเล็กพอพลังงานสามารถขึ้นและลงและเป็นเพียงขั้นตอนเท่านั้น E = HV หมายความว่าพลังงานเท่ากับ "V" - ความถี่ของอนุภาคบางชนิดเช่นโฟตอน - คูณด้วย "H" - หมายเลข 6.62607015 × 10^minus34 หรือที่เรียกว่าค่าคงที่ของ Planck
"V" ใน E = HV จะต้องเป็นจำนวนเต็มเช่น 1, 2, 3 หรือ 6,492 ไม่อนุญาตให้ใช้เศษส่วนหรือทศนิยม ดังนั้นพลังงานจึงเป็นไปตามธรรมชาติที่ไม่ต่อเนื่องขึ้นและลงในขั้นตอนของ "H" (6.62607015 × 10^minus34)
กิโลกรัมใหม่นำ e = mc^2 และ e = hv เข้าด้วยกัน ที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถกำหนดมวลในแง่ของค่าคงที่ของพลังค์ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ไม่เปลี่ยนแปลงของจักรวาล พันธมิตรระหว่างประเทศของห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์มารวมกันเพื่อทำการวัดที่แม่นยำที่สุดของค่าคงที่ของพลังค์ แต่แน่นอนว่าภายในหลายส่วนต่อพันล้าน มวลของกิโลกรัมใหม่สอดคล้องกับพลังงาน 1.4755214 เท่า 10^40 โฟตอนที่มีการสั่นที่ความถี่เดียวกับซีเซียม 133 อะตอมที่ใช้ในนาฬิกาอะตอม-
ไม่ใช่สิ่งที่ง่ายที่สุดที่จะติดอยู่ในระดับ แต่ในฐานะที่เป็นความคิดมันเป็นแบบพกพาได้มากกว่ากระบอกสูบของโลหะผสมแพลตตินัม-อิริเดียม
- 18 ความลึกลับที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขมากที่สุดในฟิสิกส์
- นั่นคืออะไร? คำถามฟิสิกส์ของคุณตอบ
- รูปภาพ: ภายในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ชั้นนำของโลก
เผยแพร่ครั้งแรกเมื่อวิทยาศาสตร์สด-
