Кілограм помер, нехай живе кілограм

16 листопада представники майже 60 (шістдесяти) країн зберуться у Версалі, щоб погодити зміну визначення кілограма.
Вони також змінять одиницю вимірювання температури - кельвін, одиницю вимірювання кількості речовини - моль,
і одиницю вимірювання сили струму - ампер.
Чотири з семи основних одиниць системи SI (СІ) за один день!
І відтоді всі одиниці SI базуватимуться на фундаментальних константах природи, а не на фізичних артефактах.
Кілограм є останньою основною одиницею SI, яка визначається фізичним об’єктом.
З 1799 (тисяча сімсот дев'яносто дев'ятого) року один кілограм визначався як маса металевого циліндра, що зберігався в Парижі.
Він був замінений один раз через 90 років.
Але з цим міжнародним прототипом кілограма пов'язані певні проблеми.
Я маю на увазі, що при порівнянні його з циліндрами-копіями, виявилося, що їхні маси розходяться.
Таким чином, маса еталона не зберігається незмінною.
Крім того, отримати доступ до нього досить важко, що ускладнює використання такого визначення.
То як створити стандарт маси, який ніколи не зміниться, і буде доступним усім, будь-де і будь-коли?
Ось вихід: потрібно чітко зафіксувати значення сталої Планка.
Це звучить трохи дивно, але я спробую пояснити.
Стала Планка відома тим, що пов'язує частоту фотона - частинки світла - з його енергією.
Але також відомо, що енергія і маса пов'язані формулою E=mc² ("Е" дорівнює "ем-це-квадрат"), тож, сподіваюся, ви розумієте, як стала Планка може бути пов'язана з масою.
Але проблема полягає в тому, що зараз, коли я записую це відео, стала Планка не має точного значення.
Тобто, нам відоме значення сталої Планка з великою кількістю знаків після коми, але ці останні цифри невизначені.
А от що точно відомо, то це маса платиново-іридієвого циліндра, який зберігається в сховищі з кліматичним контролем поблизу Парижа.
Вона становить рівно один кілограм.
Жодної невизначеності.
Таким чином, рішення полягає в тому, щоб змінити підхід на протилежний, зафіксувавши значення сталої Планка.
Тоді маса металевого еталона більше не дорівнюватиме 1 (одному) кілограму.
Тобто це буде кілограм, але не зовсім такий самий, оскільки зараз стала Планка залежить від величини кілограма.
Але якщо ви хочете зафіксувати сталу Планка, вам потрібно зробити це максимально правильно, щоб вона відповідала усім сучасним вимірюванням та величинам.
І впродовж кількох останніх років вчені з усього світу різними методами намагалися визначити цю сталу настільки точно, наскільки це можливо.
Одним з основних методів було використання ватових терезів, які врівноважують вагу кілограма із силою, створеною електромагнітом.
Я робив відео на цю тему, перегляньте його.
Вчені також створили, ймовірно, найсферичніший об'єкт у світі, з атомів кремнію-28 (двадцять вісім).
Ці методи доповнюють один одного, тож тепер вчені здатні порівняти всі результати вимірювання сталої Авогадро, отримані фізичними та хімічними методами, щоб визначити, якою повинна бути стала Планка.
І якщо голосування пройде успішно, майбутнє значення сталої Планка буде ось таким [показано на екрані].
Стала Планка зафіксована.
Маса того циліндра в Парижі більше не дорівнює одному кілограму.
Але ви не можете перевизначити лише кілограм, тому що від нього залежать інші одиниці системи SI.
Візьмемо, наприклад, моль.
В цей час моль визначається як кількість речовини, що містить стільки ж частинок, скільки атомів є у 12 (дванадцяти) грамах вуглецю-12 (дванадцять).
Це і є сталою Авогадро.
Вона залежить від величини 12 (дванадцяти) грамів, а отже від того, яким є 1 кілограм.
І знову ж таки, стала Авогадро зараз не має точного значення.
Але після голосування цій константі планується присвоїти ось таке [показано] значення, щоб її можна було узгодити з новим визначенням сталої Планка.
Існує прямий взаємозв'язок між сталими Авогадро і Планка.
Так само, ампер більше не буде залежати від кілограма.
Натомість його буде визначено на основі цього нещодавно зафіксованого значення елементарного заряду.
А кельвін базуватиметься на недавно зафіксованій сталій Больцмана, яка пов'язує температуру газу із середньою кінетичною енергією молекул.
І в нас буде точне визначення кельвіна.
Чи змінять усі ці нові визначення хоча б щось?
Ну, для більшості людей - ні.
Ваша їжа не змінить своєї маси, як і ви.
Температура вимірюватиметься так само.
Знаєте, все залишиться таким самим.
Так і повинно бути.
Сенс цієї зміни визначень - не в тому, аби їх радикально змінити, а в тому, щоб зробити ці значення надійно зафіксованими.
Усе, що ми робимо, - то це усуваємо залежність від фізичного об'єкта, що, принаймні теоретично, дозволяє будь-кому в будь-якому місці проводити надзвичайно точні вимірювання.
Мушу зазначити, що один вольт насправді зміниться: приблизно на одну десятимільйонну.
А опір зміниться іще менше.
Це пов'язано з тим, що у 1990 (тисяча дев'ятсот дев'яностому) році метрологи домовилися припинити оновлювати своє значення сталої ​​Планка, зберігши його незмінним з 90-го року.
Це було дуже зручно: їм не потрібно було оновлювати свої визначення чи інструменти.
Але тепер, коли значення сталої Планка дещо відрізняється від величини 1990 (тисяча дев'ятсот дев'яностого) року, метрологам доведеться врахувати її.
Але це крихітна зміна для малої кількості людей.
Думаю, у них все буде гаразд.
Я намагався поставити собі запитання, чому мене так цікавить ця тема?
Адже я зробив чотири відео про все це.
Причина полягає в тому, що я вважаю природу і Всесвіт великим і дуже складним місцем.
І коли ми стаємо здатними описувати його формулами й числами, то ніби знаходимо своєрідний порядок у хаосі, яким є наш Всесвіт.
І це лиш початок нашого розуміння того, як все працює.
Вимірювання є основою науки, вони дозволяють нам проводити спостереження.
Не дивно, що Кеплер зміг зрозуміти, як рухаються планети, що вони рухаються по еліптичних орбітах.
А перед тим Тихо Браге зробив найточніші на той час вимірювання координат планет.
І це не просто збіг.
Якщо подивитися на відкриття бозона Ґіґґза в CERN (ЦЕРН) або виявлення гравітаційних хвиль...
Це, на мою думку, вершина людських досягнень.
Думаю, ці відкриття на порядок більші, ніж досягнення, скажімо, в літературі, мистецтві чи культурі.
Я не хочу сказати, що цими галузями можна знехтувати.
Я знаю, що вони вимагають розумових зусиль.
І я не кажу, що вчені розумніші.
Але інструменти, з якими працюють вчені..., вся система роботи, - ось що дозволяє їм робити настільки великі стрибки.
Адже наука будується на основі... науки... способами, які розвиваються майже експоненційно.
Ось чому це так важливо: це дозволяє вивести наші вимірювання на вищий рівень.
Ми більше не обмежені зв'язком з фізичними об'єктами.
Слід зізнатися, що досі ми діяли, по суті, як Індіана Джонс в тій сцені з золотим ідолом.
Тепер ми робимо наступний крок до абстракції: наші одиниці вимірювання базуються на тому, якою є природа і яким є Всесвіт.
Ми більше не прив’язані до фізичних об’єктів.