メリーランド州ガイザースバーグの地下四十フィート、入るために三つの別々のキーを必要とする明るい白い実験室で、米国は文字通りこの国のすべての質量を定義する小さな、光沢のある金属シリンダーの貴重なコレクションを保管しています。p>

彼らは美しく、鏡の仕上げで、私はそれらに触れる衝動に抵抗しなければなりません。 私がそれらに触れたら、私は私の皮からのオイルとそれらを汚染し、可能性としては重量を高めることができる。 国立標準技術研究所（NIST）の”キログラムのキーパー”であるPatrick Abbottは、これは非常に悪いことだと私に言います。

現在、キログラムは非常に簡単な定義を持っています：それは1889年以来、フランスのセーヴルの国際度量衡局に収容されている白金-イリジウム合金の塊 それは国際プロトタイプキログラム（別名）と呼ばれています。 ビッグK、またはルグランドK）、そしてそれは、スケールを校正し、全世界が測定の一つのシステム上にあることを確認するために使用されているGaithersburgのNIST

ここでは、ビッグKが19世紀に作成されたのと同じ金属片から鍛造されたK4と呼ばれるNISTのコピーの一つです。

div 非常にすぐに、キログラムのためのこの129歳の標準が変更されますので。

金曜日に、世界中の科学者たちは、フランスのベルサイユで開催された度量衡総会で会合し、キログラムの定義を自然界の普遍的な定数にすることを投票しました。 この変更は2019年5月20日に有効になります。変更の重要な理由の1つは、大きなKが一定ではないということです。

それが作成されて以来、それは約50マイクログラム（まつげの質量について）を失っています。 しかし、欲求不満なことに、Big Kが質量を失ったとき、それは現在の定義ごとにまだ正確に1キロです。大きなKが変更されると、他のすべてが調整する必要があります。

あるいはさらに悪いことに、ビッグKが盗まれた場合、私たちの世界の質量測定システムは混乱に投げ込まれるでしょう。

金曜日の投票で、世界のトップの測定科学者は、プランク定数、決して、これまで変更することはできません量子力学の基本的な概念にキログラムをこれは科学的な勝利以上のものです。

これは科学的な勝利以上のものです。 私は再定義に何年も取り組んできたNISTの科学者から学び、この瞬間を彼らのキャリア全体の中で最もエキサイティングな時間と呼んでいるように、それは、あまりにも哲学的なものです。

新しい定義により、度量衡に関する総会は、フランス革命の中で受け入れられたメートル法の元の夢を完成させました。 国際単位系、またはSIに進化したメートル法は、”すべての時間、すべての人々のために”であるように設計されていました。「オブジェクトは常に変化します」と、再定義に関与したNISTの科学者であるStephan Schlamminger氏は言います。 新しい定義では、彼は言う、”私たちは地球上のオブジェクトから”天にあるものに行きます。”

そして、それは祝う価値があるものです。 すべてが常に流動的であるように見える世界では、これらの科学者たちは今、キログラムが決して変わらないことを確認しました。あなたは何かの重さをどのように知っていますか？

キログラムの簡単な歴史

どのように何かの重さを知っていますか？ 私は知っている、明白な答えがあります：あなたはそれをスケールに置きます。しかし、食料品店に行ってリンゴの束を計量すると、そのスケールは果物のポンドがどのように感じられるかをどのように知っていますか？

しかし、質量測定が意味をなすためには、固定された比較点が必要です。

質量測定が意味をなすためには、固定された比較点が必要です。 それらのりんごは何かより多かれ少なかれ重量を量る必要がある。 混乱を避け、経済を機能させるためには、何かが普遍的に認識されなければなりません。

あなたの食料品店のスケールは、重量で校正された重量で校正された重量で校正された重量で校正されました。 そして、これらのすべての校正は、NISTの腸の中で、ここに戻ってトレースします。 ボーイングが飛行機の重さを正確に把握できなかった場合、または製薬業界が小さな、潜在的に致命的な薬の量の正確な質量を判断できなかった場合

米国では、ポンドとオンスの帝国単位を使用しています。 しかし、実際には、私たちの測定値はすべて、長さと質量の基本単位としてメートルとキログラムを使用する国際単位系、またはSIから派生しています。

米国では質量に関しては、すべてが1キログラムの重さに正確に機械加工されたこれらのパック状のシリンダーに戻っています。 公式には、米国では、1ポンドは0.45359237キログラムと定義されています。 足は0.3048メートルと定義されています。しかし、システムは常に整然としていませんでした。

しかし、システムは常に整然としていません フランス革命とメートル法の発明の前に、世界の度量衡のシステムは混沌とした、手に負えない混乱でした。

“あなたが旅行するたびに、通貨のように測定に異なる変換を使用しなければならなかった世界を想像してみてください”とBBCのMadhvi Ramaniは説明します。 “これは、18世紀後半のフランス革命の前のケースであり、度量衡は国から国へだけでなく、国の中でも変化しました。”

フランス革命は、封建時代から残された古い、古風で混沌とした階層を倒し、平等主義の原則を念頭に置いて社会を作り直すことでした。

革命に触発され、当時の科学者たちは、王からの恣意的な任務ではなく、自然に基づいた新しい一貫した測定システムを新鮮に始めたかったのです。 目標は、”すべての時間、すべての人々のための測定システムを作成することでした。”

したがって、1800年代後半にフランスで国際度量衡局が設立されたとき、長さの標準単位であるメートルは、北極から赤道までの距離の1000万分の1になるように作成されました。 グラムは、水の密度からインスピレーションを取ります：それは4℃で保持された水の1立方センチメートルの質量にほぼ等しいです。

これらの新しい単位を普及させるために—世界の誰もがそれらを理解していることを確認するために—メートル法の発明者は、それらを具現化し、定義するために物理的なオブジェクトを作成することを決めました。 彼らは正確に1メートルの長さになるように金属棒を細工しました。 彼らは1キログラム、または1,000グラムの質量を表すために大きなKを作成しました。

19世紀以来、古いメートル法のすべての物理的遺物は、自然の一定の力に固定された測定値に置き換えられています。 メーターはもともと地球の大きさの割合として定義されていました。 しかし、世界の形さえも永続的ではありません。 ヘック、地球も永続的ではないかもしれません。 だから今日、メーターは光の速度によって定義されます。 第二は、要素セシウムの原子の動きに固定されています。

今のところ、キログラムだけが物理オブジェクトによって定義されています。

だから、キログラムのこの新しい定義は何ですか？ それはdoozyのビットだから、自分自身を準備します。

プランク定数の面でキログラムを再定義する科学は、説明しました

度量衡に関する総会での金曜日の投票は全会一致で可決されました。 ただし、変更は2019年5月まで有効になりません。 変更が来たら、国際単位系でキログラムがどのように定義されるかは次のとおりです。

キログラム、記号kgは、質量のSI単位です。 これは、単位J sで表されるとき、プランク定数hの固定数値を6.626 070 15×10-34とすることによって定義され、kg m2s-1に等しい。

一体何ですか？フランスの金属の塊よりも説明するのはずっと難しいです。

しかし、試してみましょう。

基本的に、度量衡に関する総会は、物質の最も小さいビットが離散的なステップまたはチャンク（量子と呼ばれる）でエネルギーを放出する方法を説

金曜日の投票では、プランク定数は6.62607015×10-34m2kg/sとして永遠に設定されます。

この再定義の努力は、プランク定数が小さく（小数点で始まり、33個のゼロが続く）、超小さな誤差マージンまで計算する必要があったため、数十年を要し この作業には、キブルバランスと呼ばれる非常に複雑な機械での慎重な測定（以下の詳細）と、非常に丸いシリコン球の観察が必要でした。その説明は不安定に見えるかもしれません。

そして、それはあります。 しかし、それをよりよく理解するためには、世界の標準的な長さの単位であるメーターが光速の観点からどのように再定義されたかを見て、なぜこれが必メートルは、もともとフランスの国際度量衡局でバーの長さとして定義されました。

メートルは、フランスの国際度量衡局でバーの長さとして定義されました。

（その後、特定の波長の放射線に等しくなるように再定義されました。）再び、この定義の問題はその不正確さでした。 それは宇宙の不変の特性に基づいていませんでした。

光速度は、一方で、毎秒299,792,458メートルの不変です。 あなたがどこにいても、科学者は信じて、それは同じままです。 （少なくとも、それが変化すれば、それは私たちが物理学について知っているほとんどのすべてを混乱させるでしょう。)

1983年までに、物理学者は光の速度を測定するのが本当に上手になっていました。 だから彼らはそれを恒久的にするために、メーターの長さを永遠に固定するためにそれを使用しました。 彼らは、光が真空中を1/299,792,458秒で移動する距離に等しくなるようにメーターを再定義しました。 基本的に、メーターの定義は現在、光の速度の定義に焼き付けられています。科学者たちは、人間によって発明された任意の長さの測定値であるメーターを取り、それを普遍的な定数に貼り付けました。

これには詩があります。

私たちの乱雑な人間の測定値は、彼らの乱雑な人間らしさを超えています。新しいライト定義のメーターは、パリの古いメーターの標準と同じ長さです。

しかし、パリの古い標準とは異なり、今ではメーターの定義は決して変わることはありません。同じことがプランク定数で起こっています。

光の速度のように、プランク定数は決して変わらない普遍的な真実です。

プランク定数の最終値を設定することにより、光の速度の単位にメーターが含まれるのと同じように、キログラムを含む単位は、キログラムの大きさは永遠に安定しています。 あなたはまた、このように考えることができます：キログラムはプランク定数に固定されており、永遠に休息します。

（おそらく、あなたが密接に読んできた場合、あなたはここで鶏と卵の問題が少しあることに気づいたでしょう。 光速の測定値にも単位”メートル”が含まれている場合、どのように光速の観点からメートルを定義しようとしていますか？ それはプランク定数のために同じことです：それはその単位にキログラムを含んでいます。 短い答え：これが、これらの問題に取り組んでいる人々が博士号を持っている理由です。)

キブルバランスは、これをすべて可能にするマシンです

プランクの面でキログラムを再定義することは、巨大な挑戦であり、完了するまでに数十年を要したものである。

一つには、科学者は非常に正確な程度にプランク定数を測定することができなければなりませんでした。 光の速度の推定値に大きな誤差があった場合、メーターを測定するための信頼できるアンカーではありません。 同じことがプランクのために行きます。

何十年もの間、NISTの科学者だけでなく、世界中のいくつかの他の研究室では、正確にキログラムを再定義するために使用することができるように

キログラムの基準と同様に、キブルバランスはNISTの深い地下に収容されています。 それは文字通り建物の基礎の上に浮かぶことができる具体的な床の上に構築されており、施設の残りの部分からの振動から敏感な機器をよりよく 私は私の髪と靴の上にプラスチック製のネットを着用しなければならないので、破片の任意のビットは、校正からそれを投げることができるので、それを見に行かなければなりません。

ビクターがタイムマシンを構築し、醸造所に駐車していた場合、私はそれがこのようなものになるだろうと想像しています。

キブルバランスは、単純な質量バランスのように動作します。 正義が彼女の手に保持している一つの女性を描きます：それは中心点でバランスをとる二つの鍋を持っています。 単純なバランスは、それぞれの鍋の2つの重みを比較し、それらを同等にすることを目標としています。

キブルバランス—その後半の発明者、英国の物理学者ブライアン*キブルにちなんで命名—似たような何かをしますが、量子力学的なねじれを持ちます。

これは、物体の質量によって発揮される機械的エネルギーと同等の量の電気エネルギーとを同等にする。

キブルバランスが質量と電力を同一視する式は複雑です。 （NISTの科学者は、説明するために以下に示すホワイトボードに私をもたらしました。p>

重要なのは、その方程式の中 そして、このマシンを使用して、科学者はプランクを解決することができました。 アルバート*アインシュタインが彼の最も有名な方程式E=mc2で私たちを教えてくれたように、質量とエネルギーは本質的に同じことの異なる表現で

今、あなたは考えているかもしれません: プランク定数が定義された今、キブルバランスは何をしますか？それは今、プランク定数の面でキログラムの質量を知っているので、まあ、それはフランスで大きなKの必要性を置き換えます。

まあ、それはプランク定数の面でキロの質量を知っているので、それは今、フランスで大きなKの必要性を置き換えます。 そして、それは正確な測定になります,キログラムを確保するための方法は、まだキログラムです,それは、オブジェクトの重量を量るために使用するこ

“今の安定性に私たちの品質保証は、合意に基づいている、”アボット氏は述べています。 “我々はそれが変更されるつもりはないと言います。 キブルのバランスの私達の品質保証は全世界によって、厳格に、測定された性質の定数に基づいていることである。 そして、私たちはそれが変わらないことを知っています。 それは世界のすべての違いです。”

度量衡の民主化が進行中です

まだ私と一緒に？

あなたはそれをすべての上に光沢場合は、ここでは、このすべての変更がに沸くものです：私たちはもはや政府を必要としません—米国、フランス、誰— それは宇宙の基本的な真実であり、それを実現するための適切な機器を持つ誰にでも利用可能です。理論的には、誰もがキブルバランスを構築することができます。

（途中で小型化されたものがあると言われています。）”彼らはこの実験を構築することができ、彼らは彼らが望む任意の質量、任意の材料を測定することができ、ちょうどバランスの上に置くと、あなたはプ キブルバランスは、彼女が言う”絶対的な測定”を可能にします。

将来、製造業は口径測定のためのNISTに重量およびスケールを送る必要はありません。 彼らは工場の床にキブルバランスを持っている可能性があります。 その観点から、新しい定義はより民主的です—世界中で自由に使用することができ、フランスのケースで閉じ込められていないものです。しかし、この変更にはいくつかの大きな欠点があります。

しかし、この変更にはいくつかの大きな欠点があります。 「人々はメートル法さえ理解していません」とAbbott氏は言います。 “どのようにキブルバランスを説明するつもりですか？「定義の複雑さは、科学について学びたい人にとってはターンオフになるかもしれません。 小学生は、金属の塊がキログラムの重さが量子力学であることを理解することができますか？Schlammingerは、新しい定義はより技術的に複雑ですが、”哲学的にはより簡単です。”キロはすぐに宇宙の基本的な物理学ではなく、いくつかの人間の機械化によって定義されます。

Schlammingerは、メートル法の創設の言葉を持っています,”すべての時間のために,すべての人々のために,”彼の腕に入れ墨,プランク定数の数字と一緒に. それが彼が理想をどれほど強く信じているかです。 彼はこの作品を”フランス革命から始まった弧を仕上げる”と見ています。 金曜日の投票で、キログラムは永遠に、すべての時間のために、そしてすべての人々のために今です。

科学のすべての物語を見る&健康