Το βάρος σας πρόκειται να επαναπροσδιοριστεί
Ένας φυσικός στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας είπε κάποτε:«Αν κάποιος φτερνιζόταν με το πρότυπο [το] κιλό, όλα τα βάρη στον κόσμο θα ήταν αμέσως λάθος».
Αναφερόταν σε έναν κύλινδρο, που μερικές φορές ονομαζόταν Le Grand K , το οποίο στεγάζεται σε ένα θησαυροφυλάκιο στο Παρίσι και το χειρίζεται σαν ένα ανεκτίμητο στολίδι. Η μάζα από οτιδήποτε μετριέται στον κόσμο—εσείς, τα παντοπωλεία σας, οι εξωπλανήτες, οι γαλαξίες—ίχνη στη μάζα αυτού του κυλίνδρου πλατίνας-ιριδίου 126 ετών*, του λεγόμενου διεθνούς πρωτοτύπου. Οι ερευνητές σε κάθε τομέα της επιστήμης και της μηχανικής πρέπει να εμπιστεύονται ότι χρησιμοποιούν το ίδιο σημείο αναφοράς με κάθε άλλο επιστήμονα και μηχανικό. Χωρίς κύλινδρο, χωρίς αναφορά.
Le Gran K είναι το κιλό με το οποίο μετρώνται όλα τα κιλά, και οι επιστήμονες κάνουν τα πάντα για να αποφύγουν την έκθεσή του σε βρώμικα χέρια και βρώμικο αέρα—και ειδικά σε φτάρνισμα.
Κάθε μερικές δεκαετίες, από τότε που υπήρχε το πρωτότυπο, οι επιστήμονες αφαιρούσαν τον κύλινδρο, τον καθάρισαν με διαλύτη, τον έπλυναν με ατμό και εξέταζαν τη μάζα του. Επαληθεύουν ότι τα έξι επίσημα αντίγραφά του, που βρίσκονται στο ίδιο θησαυροφυλάκιο, εξακολουθούν να ταιριάζουν ακριβώς.
Τρεις επαληθεύσεις, με διαφορά περίπου 40 ετών, έχουν συμβεί από το 1889. Το 1992, η καταστροφή χτύπησε:Μια σύγκριση της δεύτερης και της τρίτης μέτρησης υποδηλώνει είτε ότι το πρωτότυπο είχε χάσει περίπου 50 μικρογραμμάρια —γύρω από τη μάζα ενός κόκκου άμμου— είτε ότι αντίγραφα είχαν κερδίσει αυτό το ποσό. Αν και μικροσκοπικές, αυτές οι μετρήσεις έδειξαν ότι «το κιλό δεν είναι σταθερό», λέει ο Peter Mohr, ένας φυσικός που συμμετέχει σε μια προσπάθεια επαναπροσδιορισμού των βασικών μονάδων μέτρησης.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πολλοί επιστήμονες αποδοκιμάζουν την υπεροχή του κυλίνδρου ως μια απόλυτη αμηχανία με τη δυνατότητα να προκαλέσουν όλεθρο στην πρακτική της επιστήμης. Ως νορβηγική ταινία του 2014 1001 γραμμάρια θέστε το, "Ο άνθρωπος καθορίζει τον ορισμό του βάρους, αλλά είναι εξίσου σημαντικό να κατανοήσουμε τι κάνει ο ορισμός του βάρους στον άνθρωπο."
Ευτυχώς, όλα αυτά πρόκειται να αλλάξουν.
Όλα τα προβλήματα με το Le Grand K και τα παρόμοια του εξαφανίζονται όταν χρησιμοποιείτε τις θεμελιώδεις σταθερές της φύσης. Δεδομένου ότι είναι αμετάβλητα εξ ορισμού (με απαγόρευση κάποιας νέας φυσικής), μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ορίσουν όλες τις βασικές μονάδες, συμπεριλαμβανομένου του κιλού, χωρίς να είναι ευάλωτα σε ένα λανθασμένο φτάρνισμα. Αυτό είναι σε καλό δρόμο για να συμβεί το 2018, λέει ο Richard Davis, φυσικός στο Διεθνές Γραφείο Βαρών και Μετρήσεων, το οποίο είναι υπεύθυνος για τις Διεθνείς Πρότυπες μονάδες μέτρησης.
Ορισμένες βασικές μονάδες έχουν ήδη αναβαθμιστεί. Το δεύτερο, για παράδειγμα, παλαιότερα οριζόταν ως ένα κλάσμα της ημέρας, αλλά τώρα ορίζεται από τη συχνότητα μετάβασης των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο καισίου μεταξύ των επιπέδων ενέργειας. Ο μετρητής, επίσης, είναι πιο αιχμηρός από ό,τι ήταν. Στα τέλη του 18ου αιώνα, η Γαλλική Ακαδημία Επιστημών όρισε ένα μέτρο ως το ένα δέκατο εκατομμυριοστό της απόστασης μεταξύ του Βόρειου Πόλου και του Ισημερινού, κατά μήκος του μεσημβρινού που διέσχιζε το Παρίσι. Σχεδόν 100 χρόνια αργότερα, το μέτρο έγινε το μήκος μιας συγκεκριμένης ράβδου πλατίνας-ιριδίου. Πιο πρόσφατα, το 1983, ο μετρητής ορίστηκε ως η απόσταση που διανύει το φως στο κενό κατά τη διάρκεια 1/299.792.458 του δευτερολέπτου. Αυτό συνέδεσε το μετρητή με την ταχύτητα του φωτός, μια από τις θεμελιώδεις σταθερές της φύσης. Το candela, η μονάδα της φωτεινής έντασης, κάποτε εξαρτιόταν από τη φωτεινότητα ενός συγκεκριμένου είδους κεριού. Τώρα είναι επίσης συνδεδεμένο με την ταχύτητα του φωτός.
Σύντομα θα ακολουθήσουν και άλλες μονάδες. Τα αμπέρ, η μονάδα ηλεκτρικού ρεύματος, θα συνδέονται με το στοιχειώδες φορτίο (e ), αντί για ένα υποθετικό πείραμα που περιλαμβάνει παράλληλους αγωγούς απείρου μήκους. Το Kelvin, η μονάδα θερμοκρασίας, δεν θα εξαρτάται πλέον από τις εγγενείς ιδιότητες του νερού αλλά από τη σταθερά του Boltzmann, η οποία συσχετίζει τη θερμοκρασία με την ενέργεια μεμονωμένων σωματιδίων. Και το mole, η μονάδα της ποσότητας της ουσίας, δεν θα συνδέεται πλέον με ένα γενικό κομμάτι άνθρακα-12. Αντίθετα, θα προέρχεται από τον αριθμό του Avogadro (6,02×1023).
Πέρυσι, ως μέρος αυτής της διαδικασίας επαναπροσδιορισμού, μόνο για τέταρτη φορά στην ιστορία, Le Grand K αφαιρέθηκε από το υπερασφαλές θησαυροφυλάκιό του. Ήταν η αρχή αυτού που το Γραφείο αποκάλεσε "εξαιρετικές βαθμονόμηση" - ο κύλινδρος συγκρίθηκε με τα αντίγραφά του (δεν φαινόταν να έχει χάσει άλλο βάρος) και σύντομα θα χρησιμοποιηθεί για τη βαθμονόμηση νέων συσκευών που καθορίζουν τη μάζα βασίζεται στη σταθερά του Planck, μια ποσότητα θεμελιώδη για την κβαντομηχανική που συνδέει την ενέργεια ενός φωτονίου με τη συχνότητά του.
Μόλις η μάζα του κιλού γειωθεί στη σταθερά του Planck, Le Grand K θα καταστεί παρωχημένο.
«Η τελική δοκιμή», λέει ο φυσικός Μάρτιν Μίλτον, ο διευθυντής του Γραφείου, θα είναι να βεβαιωθείτε ότι οι παλιοί και οι νέοι ορισμοί θα αποδώσουν τα ίδια πειραματικά αποτελέσματα. Μετά από αυτό, λέει, η στρογγυλή και σεβαστή πλάκα από πλατίνα και ιρίδιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμα από ορισμένους ερευνητές, καθώς θα έχει ακόμη επίσημη μάζα ενός κιλού, «αλλά δεν θα έχει πλέον την ιδιαίτερη και μοναδική»—ή, όπως άλλοι λένε, ντροπιαστικό—ο ρόλος του να είσαι ο ορισμός ενσαρκωμένος.
Το μέλλον του Le Grand K είναι αβέβαιο. Ίσως θα βρεθεί να μαραζώνει σε κάποιο μελλοντικό μουσείο όταν κάποιος, έχοντας αναστατώσει τη συλλεγμένη σκόνη του, θα το φτερνιστεί τελικά.
Ο Stephen Ornes είναι ανεξάρτητος επιστημονικός συγγραφέας και έχει συνεισφέρει στο Ανακαλύψτε τα και Νέος επιστήμονας.
*Όπως είχε αρχικά δημοσιευθεί, το κιλό αναγνωρίστηκε εσφαλμένα ως κύλινδρος πλουτωνίου ιριδίου. Το σφάλμα διορθώθηκε στην παραπάνω ιστορία.
