Kilogram už nie je vec. Namiesto toho je to abstraktná predstava o svetle a energii.
Od dnešného dňa (20. mája) fyzici nahradili starý kilogram - 130-ročný, platinový irídiový valec s hmotnosťou 2,2 libier (1 kilogram), ktorý sedel v miestnosti vo Francúzsku - abstraktným, nemenným meraním založeným na štvorčatcoch svetelné častice a Planckova konštanta (základná črta nášho vesmíru).
V jednom zmysle je to veľký (a prekvapivo ťažký) úspech. Kilogram je teraz pevne stanovený. Nemôže sa meniť v priebehu času, pretože valec stráca atóm alebo atóm. To znamená, že ľudia by mohli túto jednotku hmoty z hľadiska surovej vedy komunikovať s mimozemšťanmi. Kilogram je teraz jednoduchá pravda, myšlienka, ktorá sa dá nosiť kdekoľvek vo vesmíre bez obťažovania so sebou priniesť valec.
A napriek tomu ... tak čo? Prakticky povedané, nový kilogram váži s presnosťou na niekoľko častí na miliardu, presne tak ako starý kilogram. Ak ste včera vážili 93 kilogramov, dnes a zajtra budete vážiť 93 kilogramov. Iba v niekoľkých úzkych vedeckých aplikáciách bude mať nová definícia nejaký význam.
Skutočne fascinujúce nie je to, že sa prakticky zmení spôsob, akým väčšina z nás používa kilogram. Je to také ťažké, ako sa ukázalo, presne definovať jednotku hmotnosti.
Ostatné základné sily sa už dávno chápali z hľadiska základnej reality. Druhýkrát? Raz, podľa Národného inštitútu pre normy a technológie (NIST), bol definovaný z hľadiska výkyvov kyvadlových hodín. Vedci však teraz chápu sekundu ako čas, ktorý uplynie atómom cézia 133, aby prešlo 9 192 631 770 cyklov uvoľňovania mikrovlnného žiarenia. Meter? To je vzdialenosť svetla, ktorá prejde za 1 299 792 458 sekundy.
Ale hmotnosť nie je taká. Zvyčajne meráme kilogramy podľa hmotnosti - koľko táto vec tlačí na stupnici? Je to však meranie, ktoré závisí od toho, kde vykonávate skutočné váženie. Ten valec vo Francúzsku by vážil oveľa menej, ak by ste ho priviedli na Mesiac, a dokonca o trochu viac alebo o niečo menej, keby ste ho priniesli do iných častí Zeme.
Ako NIST vysvetľuje, nový kilogram je založený na základnom vzťahu medzi hmotou a energiou - vzťah čiastočne špecifikovaný v Einsteinovom E = mc ^ 2, čo znamená, že energia sa rovná hmotnosti krát rýchlej rýchlosti svetla na druhú. Hmota sa môže premeniť na energiu a naopak. A v porovnaní s hmotnosťou je energia ľahšie merať a definovať diskrétne.
To je vďaka inej rovnici, dokonca staršej ako E = mc ^ 2. Fyzik Max Planck ukázal v roku 1900, že E = hv, podľa NIST. Ukázal, že v malej mierke môže energia stúpať a klesať, a to iba v krokoch. E = hv znamená, že energia sa rovná "v" - frekvencia určitej častice, napríklad fotónu - vynásobená koeficientom "h" - číslo 6,662607015 × 10 ^ mínus 34, tiež známe ako Planckova konštanta.
"v" v E = hv musí byť vždy celé číslo, napríklad 1, 2, 3 alebo 6 492. Nie sú povolené zlomky ani desatinné miesta. Energia je teda svojou povahou diskrétna a pohybuje sa hore a dole v krokoch po „h“ (6,662607015 × 10 ^ mínus34).
Nový kilogram spája E = mc ^ 2 a E = hv. To umožňuje vedcom definovať masu z hľadiska Planckovej konštanty, nemennej vlastnosti vesmíru. Zúčastnila sa medzinárodná koalícia vedeckých laboratórií, aby ešte urobila čo najpresnejšie merania Planckovej konštanty, s presnosťou na niekoľko miliárd. Hmotnosť nového kilogramu zodpovedá energii 1,4755214-krát 10 ^ 40 fotónov, ktoré oscilujú pri rovnakých frekvenciách ako atómy cézia 133 použité v atómových hodinách.
Nie je to najjednoduchšie držať sa na stupnici. Ako nápad je však oveľa prenosnejší ako valec zliatiny platiny a irídia.
