Il modo in cui definiamo chilogrammi, metri e secondi modificati a maggio 20, 2019

Il modo in cui definiamo i cambiamenti di chilogrammi, metri e secondi oggi Un nuovo standard definisce il chilogrammo da maggio 20, 2019. Shutterstock / Piotr Wytrazek

Misuriamo tutto il tempo - per quanto tempo, quanto pesante, quanto caldo e così via - perché abbiamo bisogno di cose come commercio, salute e conoscenza. Ma accertarsi che le nostre misurazioni confrontino le mele con le mele è stata una sfida: come sapere se il mio chilogrammo di peso o lunghezza del metro è uguale al tuo.

Sono stati fatti tentativi per definire le unità di misura nel corso degli anni. Ma potrebbe 20, 2019 - Giornata internazionale della metrologia - vede il revisione completa di questi standard entrano in gioco.

Non avrai notato nulla - non sarai più pesante o leggero del giorno prima - perché la transizione è stata fatta per essere senza soluzione di continuità.

Solo le definizioni delle sette unità di base del SI (Système International d'Unités, o il Sistema internazionale di unità) sono ora completamente diversi da ieri.

Il modo in cui definiamo i cambiamenti di chilogrammi, metri e secondi oggi Nuove definizioni degli standard (SI) per il chilogrammo (kg), metro (m), secondo (s), ampere (A), kelvin (K), mole (mol) e candela (cd). BIPM, CC BY-ND

Come eravamo soliti misurare

Gli umani sono sempre stati in grado di contare, ma man mano che ci evolvevamo, ci siamo subito spostati a misurare lunghezze, pesi e tempo.

I faraoni egizi fecero costruire piramidi in base alla lunghezza dell'avambraccio reale, noto come il cubito reale. Questo è stato mantenuto e promulgato dai preti ingegneri che hanno mantenuto lo standard sotto pena di morte.


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Il modo in cui definiamo i cambiamenti di chilogrammi, metri e secondi oggi Metrologia in azione: soppesando le anime dei morti e il Royal Cubit egiziano (la verga nera). Brynn Hibbert

Ma il cubito non era un'unità fissa nel tempo - era circa mezzo metro, più o meno poche decine di millimetri per misura di oggi.

Il primo suggerimento di un insieme universale di misure decimali è stato fatto da John Wilkins, in 1668, all'epoca Segretario della Royal Society di Londra.

L'impulso per fare qualcosa di pratico è venuto con la rivoluzione francese. Sono stati i francesi a definire i primi standard di lunghezza e massa, con due standard di platino che rappresentano il metro e il chilogrammo di giugno 22, 1799, negli Archivi della République a Parigi.

Standard concordati

Gli scienziati hanno sostenuto l'idea, il matematico tedesco Carl Friedrich Gauss era particolarmente appassionato. I rappresentanti delle nazioni 17 si sono riuniti per creare il Sistema internazionale di unità firmando il Meter Convention maggio 20, 1875.

La Francia, la cui strada era stata battuta dalla guerra franco-prussiana e non era il potere scientifico di una volta, offriva un castello ammassato nella foresta di Saint-Cloud come casa internazionale per il nuovo sistema.

Il modo in cui definiamo i cambiamenti di chilogrammi, metri e secondi oggi BIPM, sede del SI. Brynn Hibbert (2012)

Il Padiglione di Breteuil ospita ancora il Bureau International de Poids et Mesures (BIPM), dove risiede il Prototipo Internazionale del Chilogrammo (d'ora in poi il Big K) in due casseforti e tre barattoli di vetro.

Il Big K è un blocco lucido di platino-iridio usato per definire il chilogrammo, contro il quale alla fine vengono misurati tutti i pesi del chilogrammo. (L'originale è stato pesato solo tre volte contro un numero di copie quasi identiche.)

Il modo in cui definiamo i cambiamenti di chilogrammi, metri e secondi oggi Prototipo internazionale del chilogrammo (la Big K). Fotografia per gentile concessione del BIPM

Gli inglesi, che erano stati protagonisti delle discussioni e avevano fornito il chilogrammo di platino-iridio, rifiutarono di firmare il trattato fino a 1884.

Anche allora il nuovo sistema è stato usato solo dagli scienziati, con la vita di tutti i giorni misurata in unità imperiali tradizionali come sterline e once, piedi e pollici.

Gli Stati Uniti hanno firmato il Trattato quel giorno, ma in realtà non l'hanno mai attuato, aggrappandosi alla sua versione del sistema imperiale britannico, che utilizza ancora oggi.

Gli Stati Uniti potrebbero aver rovinato questa decisione in 1999, tuttavia, quando il Mars Climate Orbiter (MCO) scomparve in azione. Il riferire nell'incidente, stranamente chiamato "contrattempo" (che è costato $ 193.1 milioni in 1999), ha detto:

[...] la causa principale della perdita del veicolo spaziale MCO è stata la mancata utilizzazione di unità metriche nella codifica di un file software di terra, "Small Forces", utilizzato nei modelli di traiettoria.

Essenzialmente la navicella è stata persa nell'atmosfera di Marte quando è entrata in orbita più in basso del previsto.

Le nuove definizioni SI

Allora perché il cambiamento oggi? I principali problemi con le definizioni precedenti erano, nel caso del chilogrammo, non erano stabili e, per l'unità di corrente elettrica, l'ampere non poteva essere realizzato.

E dal confronto con le copie ufficiali, pensiamo che il Big K stia lentamente perdendo massa.

Tutte le unità sono ora definite in modo comune usando ciò che il BIPM chiama "costante esplicita"Formulazione.

L'idea è che prendiamo una costante universale - per esempio, la velocità della luce nel vuoto - e da ora in poi fissiamo il suo valore numerico al nostro valore più misurato, senza incertezza.

La realtà è fissa, il numero è fisso e quindi le unità sono ora definite.

Dovevamo quindi trovare sette costanti e accertarci che tutte le misurazioni siano coerenti, entro l'incertezza di misura, e quindi avviare il conto alla rovescia fino ad oggi. (Tutti i dettagli tecnici sono disponibile qui.)

L'Australia ha avuto una mano nel modellare l'oggetto macroscopico più rotondo sulla Terra, una sfera di silicio usata per misurare il Costante di Avogadro, il numero di entità in una quantità fissa di sostanza. Questo ora definisce l'unità SI, talpa, usata in gran parte in chimica.

Il modo in cui definiamo i cambiamenti di chilogrammi, metri e secondi oggi Walter Giardini del National Measurement Institute Australia con una sfera di silicio come parte del progetto Avogadro. Brynn Hibbert

Da standard a artefatto

Che dire del Big K - il chilogrammo standard? Oggi diventa un oggetto di grande significato storico che può essere soppesato e la sua massa avrà un'incertezza di misura.

Da oggi il chilogrammo viene definito usando la costante di Planck, qualcosa che non cambia dalla fisica quantistica.

La sfida ora è di spiegare queste nuove definizioni alle persone - specialmente ai non scienziati - così capiscono. Confrontare un chilogrammo con un blocco di metallo è facile.

Tecnicamente è un chilogrammo (kg) ora definito:

[...] prendendo il valore numerico fisso della costante di Planck h essere 6.626 070 15 × 10-34 quando espresso nell'unità J s, che è uguale a kg m2 s-1, dove il metro e il secondo sono definiti in termini di c e ΔνCs.

Circa l'autore

David Brynn Hibbert, professore emerito di chimica analitica, UNSW

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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