Kilogram už není věc. Místo toho je to abstraktní představa o světle a energii.
K dnešnímu dni (20. května) nahradili fyzici starý kilogram - 130letý, platinový iridiový válec o hmotnosti 2,2 libry (1 kilogram), který seděl v místnosti ve Francii - abstraktním, neměnným měřením založeným na kvadrilionech světelné částice a Planckova konstanta (základní rys našeho vesmíru).
V jednom smyslu je to velký (a překvapivě obtížný) úspěch. Kilogram je nyní pevně navždy. Nemůže se časem měnit, protože válec ztratí atom nebo atom. To znamená, že lidé mohli tuto jednotku hmoty, pokud jde o surovou vědu, sdělit vesmírným mimozemšťanům. Kilogram je nyní jednoduchá pravda, nápad, který lze nést kdekoli ve vesmíru, aniž by se obtěžoval přinést si s sebou válec.
A přesto ... tak co? Prakticky vzato nový kilogram váží s přesností na několik dílů na miliardu, stejně jako starý kilogram. Pokud jste včera vážili 93 kilogramů (204 liber), vážíte dnes a zítra 93 kilogramů. Nová definice změní pouze v několika úzkých vědeckých aplikacích.
To, co je zde opravdu fascinující, není to, že prakticky to, jak většina z nás použije kilogram, se změní. Je to, jak zatraceně těžké se ukázalo, že je přísně definovat jednotku hmotnosti vůbec.
Ostatní základní síly jsou již dávno chápány v termínech základní reality. Podruhé? Jednou, podle Národního institutu pro standardy a technologie (NIST), byl definován z hlediska výkyvů kyvadlových hodin. Nyní však vědci vteřinu chápou jako čas, kdy atomu cesia 133 trvá 9 192 631 770 cyklů uvolňování mikrovlnného záření. Metr? To je dálkové světlo cestuje za 1/299 792 458 sekundy.
Ale hmotnost není taková. Obvykle měříme kilogramy, co se týče hmotnosti - kolik to tahá věc na stupnici? Ale to je měření, které závisí na tom, kde provedete skutečné vážení. Ten válec ve Francii by vážil mnohem méně, kdybyste ho přivedli na Měsíc, a dokonce o trochu víc nebo o něco méně, kdybyste ho přivedli do jiných částí Země.
Jak vysvětluje NIST, nový kilogram je založen na základním vztahu mezi hmotou a energií - vztah částečně vyjádřený v Einsteinově E = mc ^ 2, což znamená, že energie se rovná hmotě násobné rychlosti světla na druhou. Hmota může být přeměněna na energii a naopak. A ve srovnání s hmotou je energie snáze měřitelná a definovatelná diskrétně.
To je díky jiné rovnici, starší než E = mc ^ 2. Fyzik Max Planck ukázal v roce 1900, že E = hv, podle NIST. Ukázal, že v dostatečně malém měřítku může energie jít nahoru a dolů, a to pouze v krocích. E = hv znamená, že energie se rovná "v" - frekvence nějaké částice, jako je foton - vynásobená "h" - číslo 6,662607015 × 10 ^ minus34, také známé jako Planckova konstanta.
"v" v E = hv musí být vždy celé číslo, jako 1, 2, 3 nebo 6,492. Žádné zlomky nebo desetinná místa nejsou povoleny. Energie je tedy svou povahou diskrétní, stoupá a klesá v krocích po „h“ (6,662607015 × 10 ^ minus34).
Nový kilogram spojuje E = mc ^ 2 a E = hv dohromady. To vědcům umožňuje definovat hmotnost z hlediska Planckovy konstanty, neměnného rysu vesmíru. Mezinárodní koalice vědeckých laboratoří se shromáždila, aby dosud provedla co nejpřesnější měření Planckovy konstanty, a to s přesností na několik dílů na miliardu. Hmotnost nového kilogramu odpovídá energii 1,4755214krát 10 ^ 40 fotonů, které oscilují na stejných frekvencích jako atomy cesia 133 používané v atomových hodinách.
Není to nejsnazší věc držet se na stupnici. Ale jako nápad je to mnohem přenosnější než válec ze slitiny platiny a iridia.
