Килограмм больше не вещь. Это абстрактное представление о свете и энергии.
На сегодняшний день (20 мая) физики заменили старый килограмм - 130-летний платино-иридиевый цилиндр весом 2,2 фунта (1 килограмм), сидящий в комнате во Франции - на абстрактное неизменное измерение, основанное на квадриллионах частицы света и постоянная Планка (фундаментальная особенность нашей вселенной).
В каком-то смысле это грандиозное (и на удивление трудное) достижение. Килограмм теперь установлен навсегда. Это не может измениться со временем, поскольку цилиндр теряет атом здесь или атом там. Это означает, что люди могут передать эту единицу массы, с точки зрения сырой науки, космическим пришельцам. Теперь килограмм - это простая истина, идея, которую можно перенести в любую точку вселенной, не потрудившись взять с собой цилиндр.
И все же ... и что? Фактически, новый килограмм весит с точностью до нескольких частей на миллиард ровно столько же, сколько старый килограмм. Если вы весили 93 килограмма вчера, вы будете весить 93 килограмма сегодня и завтра. Новое определение будет иметь значение только в нескольких узких научных приложениях.
Что действительно удивительно, так это то, что, по сути, способ, которым большинство из нас использует килограмм, изменится. Как чертовски трудно оказалось строго определить единицу массы.
Другие фундаментальные силы давно поняли с точки зрения фундаментальной реальности. Секунду времени? Когда-то, согласно Национальному институту стандартов и технологий (NIST), это определялось с точки зрения колебаний маятниковых часов. Но теперь ученые понимают секунду, как время, которое требуется атому цезия-133, чтобы пройти 9 192 631 770 циклов испускания микроволнового излучения. Метр? Это расстояние, которое свет проходит за 1/299,792,458 секунды.
Но масса не такая. Мы обычно измеряем килограммы с точки зрения веса - насколько эта вещь давит на весы? Но это измерение, которое зависит от того, где вы выполняете фактическое взвешивание. Этот цилиндр во Франции весил бы намного меньше, если бы вы принесли его на Луну, и даже чуть-чуть больше или чуть-чуть меньше, если бы вы привезли его в другие части Земли.
Как объясняет NIST, новый килограмм основан на фундаментальной взаимосвязи между массой и энергией - взаимосвязи, частично изложенной в E = mc ^ 2 Эйнштейна, что означает, что энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света. Масса может быть преобразована в энергию и наоборот. И, по сравнению с массой, энергию легче измерять и определять в отдельных терминах.
Это благодаря другому уравнению, даже старше, чем E = mc ^ 2. В 1900 году физик Макс Планк показал, что E = hv, согласно NIST. Он показал, что в достаточно малых масштабах энергия может идти вверх и вниз и только ступенчато. E = hv означает, что энергия равна «v» - частоте некоторой частицы, например, фотона, - умноженной на «h» - число 6,62607015 × 10 ^ минус34, также известное как постоянная Планка.
«v» в E = hv всегда должно быть целым числом, например 1, 2, 3 или 6 492. Никакие дроби или десятичные дроби не допускаются. Таким образом, энергия по своей природе дискретна, поднимаясь и опускаясь с шагом «h» (6,62607015 × 10 ^ минус34).
Новый килограмм объединяет E = mc ^ 2 и E = hv. Это позволяет ученым определять массу в терминах постоянной Планка, неизменной особенности вселенной. Международная коалиция научных лабораторий собралась вместе, чтобы сделать самые точные измерения постоянной Планка, с точностью до нескольких частей на миллиард. Масса нового килограмма соответствует энергии в 1,4755214 × 10 40 фотонов, которые колеблются с той же частотой, что и атомы цезия 133, используемые в атомных часах.
Это не самая простая вещь, чтобы придерживаться масштаба. Но, по идее, он гораздо более портативный, чем цилиндр из платино-иридиевого сплава.
