Standard baru mentakrifkan kilogram dari Mei 20, 2019. Shutterstock / Piotr Wytrazek

Kami mengukur barang sepanjang masa - berapa lama, berapa berat, betapa panasnya, dan sebagainya - kerana kita perlu untuk perkara-perkara seperti perdagangan, kesihatan dan pengetahuan. Tetapi pastikan pengukuran kami membandingkan epal dengan epal adalah satu cabaran: bagaimana untuk mengetahui sama ada berat kilogram saya atau panjang meter sama dengan anda.

Percubaan telah dibuat untuk menentukan unit ukuran selama bertahun-tahun. Tetapi Mei 20, 2019 - Hari Metrologi Antarabangsa - melihatnya semakan lengkap piawaian tersebut dimainkan.

Anda tidak akan melihat apa-apa - anda tidak akan menjadi lebih berat atau lebih ringan dari hari sebelumnya - kerana peralihan telah dibuat untuk menjadi lancar.

Hanya definisi tujuh unit asas SI (Système International d'Unités, atau Unit Sistem Antarabangsa) kini berbeza sekali daripada semalam.

Definisi baru bagi piawaian (SI) untuk kilogram (kg), meter (m), kedua, ampere (A), kelvin (K), mole (mol) dan candela (cd). BIPM, CC BY-ND

Bagaimana kita mengukur

Manusia selalu dapat mengira, tetapi ketika kita berevolusi, kita cepat bergerak untuk mengukur panjang, berat dan waktu.

Firaun Mesir menyebabkan piramid dibina berdasarkan panjang lengan diraja, yang dikenali sebagai Royal Cubit. Ini disimpan dan diisytiharkan oleh para imam jurutera yang mengekalkan standard di bawah kesakitan kematian.

Metrologi dalam tindakan - menimbang jiwa orang mati dan Egyptian Royal Cubit (rod hitam). Brynn Hibbert

Tetapi cubit itu bukan unit tetap dari masa ke masa - kira-kira setengah meter, ditambah atau tolak beberapa puluh milimeter mengikut ukuran hari ini.

Cadangan pertama bagi satu set langkah perpuluhan sejagat dibuat oleh John Wilkins, di 1668, kemudian Setiausaha Royal Society di London.

Dorongan untuk melakukan sesuatu praktikal datang dengan Revolusi Perancis. Ia adalah orang Perancis yang menamakan piawaian panjang dan jisim pertama, dengan dua piawaian platinum yang mewakili meter dan kilogram pada bulan Jun 22, 1799, di Archives de la République di Paris.

Piawaian yang telah ditetapkan

Para saintis menyokong idea itu, ahli matematik Jerman, Carl Friedrich Gauss sangat tertarik. Wakil-wakil dari negara-negara 17 berkumpul untuk mewujudkan Sistem Unit Antarabangsa dengan menandatangani Perjanjian Meter Konvensyen pada Mei 20, 1875.

Perancis, yang kredibiliti jalanannya telah menghancurkan perang Franco-Prussia dan bukannya kuasa saintifik yang pernah dilakukannya, menawarkan sebuah chateau yang dipukuli di Hutan Saint-Cloud sebagai rumah antarabangsa untuk sistem baru.

BIPM, rumah SI. Brynn Hibbert (2012)

Pavilion de Breteuil masih menempatkan Biro Antarabangsa de Poids et Mesures (BIPM), di mana Prototaip Antarabangsa Kilogram (selepas itu Big K) dalam dua peti besi dan tiga botol balang kaca.

Big K adalah blok platinum-iridium yang digilap digunakan untuk menentukan kilogram, yang mana semua berat kilogram akhirnya diukur. (Asal hanya telah ditimbang sebanyak tiga kali berbanding beberapa salinan hampir sama.)

Prototaip antarabangsa kilogram (Big K). Gambar dari BIPM

British, yang telah terkenal dalam perbincangan dan telah memberikan kilogram platinum-iridium, enggan menandatangani Perjanjian sehingga 1884.

Malah sistem baru ini hanya digunakan oleh saintis, dengan kehidupan sehari-hari diukur dalam unit Imperial tradisional seperti pound dan ons, kaki dan inci.

Amerika Syarikat menandatangani Perjanjian pada hari itu, tetapi kemudian tidak pernah benar-benar melaksanakannya, bergantung pada versi sendiri sistem Imperial Inggris, yang masih banyak digunakan hari ini.

AS mungkin telah merosakkan keputusan itu dalam 1999, bagaimanapun, ketika Orbiter Iklim Marikh (MCO) hilang dalam tindakan. The laporkan kepada kejadian itu, yang dikenali sebagai "kecelakaan" (yang bernilai AS $ 193.1 juta di 1999), berkata:

[...] sebab utama kehilangan kapal angkasa MCO adalah kegagalan untuk menggunakan unit metrik dalam pengekodan fail perisian tanah, "Angkatan Kecil", digunakan dalam model trajektori.

Pada dasarnya kapal angkasa hilang di atmosfera Marikh kerana ia memasuki orbit lebih rendah dari yang dirancang.

Definisi SI baru

Jadi mengapa perubahan hari ini? Masalah utama dengan definisi terdahulu ialah, dalam kes kilogram, mereka tidak stabil dan, bagi unit arus elektrik, ampere, tidak boleh direalisasikan.

Dan dari beratnya terhadap salinan rasmi, kami rasa Big K perlahan-lahan kehilangan massa.

Semua unit kini ditakrifkan dengan cara yang sama dengan menggunakan apa yang BIPM memanggil "pemalar eksplisit"Perumusan.

Idea ini adalah bahawa kita mengambil pemalar sejagat - sebagai contoh, kelajuan cahaya dalam vakum - dan dari sekarang menetapkan nilai berangka pada nilai terbaik kita diukur, tanpa ketidakpastian.

Realiti adalah tetap, nombor itu tetap, dan unit-unit kini ditentukan.

Oleh itu, kita perlu mencari tujuh pemalar dan memastikan semua pengukuran adalah konsisten, dalam ketidakpastian pengukuran, dan kemudian memulakan pengiraan kepada hari ini. (Semua butiran teknikal adalah boleh didapati di sini.)

Australia mempunyai tangan dalam membentuk objek makroskopik paling bulat di Bumi, sfera silikon yang digunakan untuk mengukur Avogadro berterusan, bilangan entiti dalam jumlah tetap bahan. Ini kini mentakrifkan unit SI, mol, yang sebahagian besarnya digunakan dalam kimia.

Walter Giardini dari Institut Pengukuran Kebangsaan Australia memegang sfera silikon sebagai sebahagian daripada projek Avogadro. Brynn Hibbert

Daripada standard kepada artifak

Bagaimana dengan Big K - kilogram standard? Hari ini ia menjadi objek penting sejarah yang boleh ditimbang dan jisimnya akan mempunyai ketidakpastian pengukuran.

Dari hari ini kilogram ditakrifkan menggunakan pemalar Planck, sesuatu yang tidak berubah daripada fizik kuantum.

Cabaran sekarang adalah untuk menerangkan definisi baru ini kepada orang - terutamanya bukan saintis - jadi mereka faham. Membandingkan kilogram ke blok logam adalah mudah.

Secara teknikal satu kilogram (kg) adalah kini ditakrifkan:

[...] dengan mengambil nilai berangka tetap dari pemalar Planck h untuk menjadi 6.626 070 15 × 10^-34 apabila dinyatakan dalam unit J s, yang sama dengan kg m² s^-1, di mana meter dan yang kedua ditakrifkan dari segi c dan??_Cs.

Tentang Pengarang

David Brynn Hibbert, Profesor Kimia Analisis Emeritus, UNSW

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.

Buku-buku yang berkaitan

at InnerSelf Market dan Amazon