의 외곽에 파리,팔 시설 아래 땅에서 기후 통제되는 볼트,앉아있 143 세 플래티넘 합금 실린더입니다. 단지 39mm 높이에 서서 인간의 손에 닿은 적이 없습니다. 처럼 섬세한 러시아 인형 실린더가 갇힌 내에 세 개의 중첩된 유리 종 객실에만 액세스할 수 있는 세 개의 열쇠를 보여 세 가지 다른 사람들이다. 신비한 물체를 둘러싼 것은”증인”입니다:동일한 백금 합금에서 주조 된 6 개의”동일한”실린더.

보존 노력이 토리노 슈라우드와 경쟁하지만 실린더는 신성한 종교적 대상이 아닙니다. 그것은 국제 프로토 타입 킬로그램(IPK)이며,다른 모든 것이 측정되는 유일한 진정한 킬로그램입니다. 국제 무게 및 측정 국(Bipm)의 본거지 인 Pavillon de Breteuil 에 보관 된 IPK 는 곧 고유 한 지위를 잃고 과거 시대의 유물이 될 것입니다. 그 다음으로 기으로 국제 미터(IPM)–플래티넘 합금 바도 있 BIPM–제공하는 세계의 미터 1960 년까지.

16 월 2018 계측과 정책에서는 전 세계 60 개국에서 수집 일반적인 회의에 도량형(CGPM)에서 베르사유,프랑스입니다. 회의가 도량형에서 예산과 문제를 논의하기 위해 4 년에 한 번 소집되기 때문에 거기에는 특별한 것이 없습니다. 그러나이 회의는 특별 할 것입니다. 회원국은 1960 년 창립 이래 국제 단위 시스템(Système International,또는 SI)에 가장 전면적 인 변화를 채택할지 여부에 대해 투표 할 것입니다. 그것은 켈빈,암페어 및 두더지의 새로운 정의를 포함 할 변화이지만,아마도 가장 크게 킬로그램입니다.

각 회원국은 온라인으로 생방송으로 스트리밍되는 과정에서 한 표를 던집니다. 변경되는 경우 비준(와 표지판이 될 것입니다)이벤트의 끝을 표시 할 것 기초 단위로 대체 연습는 수천 년을 거슬러 올라간다. 그것은 또한 마지막으로 이용자 첫 번째 목소리 제임스 클 맥스웰 예측되는 측정 표준 수 있는 여하튼에 의해 정의된 변경할 수 없는 상수입니다.

A solid foundation

말하는 회의에서의 영국은 연결을 위해 과학의 발전에 리버풀에서 1870,맥스웰 대표 말했다하는 경우”…우리가 얻을하고자하는 수준의 길이,시간 및 질량하는 것이 절대적으로 영원한 우리를 추구해야하지 차원에서,또는 이동,또는 대량의 우리의 행성이지만,파장,기간의 진동 과 절대의 질량 이러한 불멸하고 변하지 않는 완벽하게 비슷한 분자.”

자는 내부 보고 아무 의 힌트 부정적인 결과에 BIPM 회의 이달,그것은 안전하다고 가정한 해결책을 개혁 SI 것이다 통과 반대가 및 맥스웰의 욕망”에 대한 절대적으로 영구”기준이 될 것입니다 깨달았다. 새로운 SI 다음 공식적으로 효력에 20May2019,정확하게 다 다스(144)년 후에 최초의 국제 조약에서 단위의 측정–미터 컨벤션–는 서명일에서는 1875. 그러나 단위가 자연의 상수를 기반으로하는 것이 왜 그렇게 중요합니까?

단위는 적어도 고대 이집트인의 시대부터 사회의 필수품이었습니다. 그들은 인체의 다른 부분이나 환경에있는 물체를 사물을 측정 할 수있는 척도로 사용했습니다. 그러나 이러한 표준은 장소마다 격렬하게 다를 수 있습니다. 자연에 대한 철학자 17-18 세기 유럽,단위 변동성의 길이가 길고 질량이 만든 거의 불가능하고 비교 결과에 대한 동일한 물리적 현상되었을 경우 측정에서 다른 장소입니다.

보편적 인 측정을 만들 때 다양한 시도가 이루어졌으며 1799 년 프랑스는 미터와 킬로그램의 두 단위를 기준으로 미터법을 도입했습니다. 으로 알려진 미터의 아카이브이고 킬로그램의 아카이브는,이러한 두 가지는 플래티넘 유물로 저장되었에서 아카이브 곳 파리에서 법적으로 그리고 실제로 정의하는 단위입니다. 이 표준은 물리적으로 더 단단하고 더 잘 설계된 IPM 및 IPK 로 대체 될 때까지 90 년 동안 서있었습니다.

보편적 사고

SI 단위는 과학에 얽혀있다. 에서 에너지 정의를 줄을 katal 측정에 대한 촉매의 활동,모든 29 라는 SI 단위를 정의할 수 있습니다 몇 가지 조합의 일곱의 기본 단위:두 번째 미터,킬로그램,a,켈빈,몰 및 칸델라. 그러나 20 세기에 과학이 점점 더 정확 해짐에 따라 새로운 문제가 머리를 키웠다. 보편적이지 않은 대상,실험 또는 현상 인 무언가를 기반으로하는 모든 단위는 불안정 할 것입니다.

두 번째를 고려하십시오. 그것은 역사적으로 연결된 혁명의 땅으로 정의 24 시간 복용,는 시간은 60 분 및 분의 60 초입니다. 그러나 지구가 더 천천히 회전하기 시작하면 어떻게 될까요? 하루는 더 길어질 것이고,두 번째도 실제 측면에서 더 길어질 것임을 의미합니다. 그것이 의미하는 자동차 등록 30km/h 것이 실제로 여행하는 것은 조금 느리게,30W 구 될 것입니다 작은 주차,더 많은 터무니없이,우주로 확장 될 것입니다 다른 속도로.

경우,그러나,대한 개념과 기간의 두 번째로 유지되지만 지구의 회전을 제거에서 정의 및 대체과가 변하지 않는 언제 어디서나 그것은 측정,우주에서 두 번째는 안정된다. 이 1967 년,두 번째 되었으로 재정의 9,192,631,770 시간의 기간이 방사선에 해당하는 둘 사이의 전환 hyperfine 수준의 지상의 상태로 세슘-133atom,Δν(참조하십시오”의 간단한 병력 검사 시간을 유지”의 헬렌 Margolis).

후,1983 년에는 미터한 재정으로,길이의 경로를 여행하여 빛의 진공에서의 시간 간격 동안 1/299,792,458 초입니다. 절묘한 정밀도와 함께하는 과학자들은 이후 시간을 측정할 수 있는 거리는 혜택,사회에도 선도하는 위성을 기반으로 하는 위치 결정 시스템,특히 GPS.

플랑크 구조

에도 불구하고 제공되는 사회를 위해 잘 143 년,정의하는 킬로그램의 관점에서 하나의 객체가 본질적으로 불안정한 개념입니다. IPK 가 가볍거나 무거워지면 작은 양으로도 킬로그램으로 표현 된 우주의 질량이 너무 바뀌기 때문입니다–미친 제안. 오히려 걱정스럽게도 IPK 는 변화하고 있습니다. Metrologists 가 1988-1991 년에 그것을 측정했을 때,IPK 는 6 명의 증인보다 평균 50μg 정도의 질량을 가지고있었습니다. 정의에 따르면,이것은 증인들이 아마도 공기 분자를 흡수함으로써 어떻게 든 작은 양의 질량을 얻었 음을 의미합니다. 그러나 더 많은 가능성이 주는 많은 국가의 사본 킬로그램에도 출연을 얻고 질량은 IPK 잃었 질량. 또는 아마도 그들은 모두 다른 속도로 질량을 얻거나 잃어 버렸을 것입니다.

도량형 학자들은 1991 년부터 2014 년까지 IPK 와 증인 사이의 더 이상의 표류를 보지 못했으며,마지막으로 측정이 이루어졌습니다. 그러나 표류가 없다는 사실은 IPK 의 질량이나 증인이 변하지 않았다는 것을 의미하지는 않습니다. 그들은 단순히 탠덤에서 질량을 잃거나 얻고 있을지도 모릅니다. 그리고 그것은 문제입니다:질량은 항상 IPK 에 대해 교정되기 때문에 말할 방법이 없습니다.

“개정된 SI,우리는 걱정할 필요가 없이 물건에 대해”라고 설명합 리처드 데이비스의 전 머리 BIPM 의 대량 부는 지금 컨설턴트 국습니다. 대신에 의해 정의된 대량의 실린더의 금속에서 새로운 SI 킬로그램을 기반으로 기본적인 일정한 양자 물리학: 플랑크 상수.

라는 이름의 후 Max Planck,는 아이디어를 개발했는 에너지에서 온 작은 패킷 라는 콴타,플랑크 일정에서,관련 에너지의 양자 중 하나의 전자기 방사선의 주파수로 유명한 공식 E=hv. 플랑크 상수는 차례로 아인슈타인의 E=mc2 를 통해 질량과 연결됩니다. 현재,서는 측정 값의 약 6.62607×10-34m2kg s–1,하지만 계측 지금 수정하려면에서 해당 값을 돌 킬로그램의 측면에서 정의합니다.

따라서 물리적으로 불안정한 물체 인 IPK 에 작별 인사를하고 플랑크의 상수의 가치에 대한 불확실성에 작별 인사를합니다. “후 재정,변하지 않는 플랑크의 지속적인은 고정된 가치는 동안,불확실성이 더 적절히 비켜가게 대량의 IPK”라고 말한 스테판 Schlamminger,터 계측학자만이 가능했에서 국립표준기술연구소,US. “그리고 고정 된 판자 상수로 더 나은 장치는 킬로그램을 점점 더 정확하게 실현할 수있을 것입니다.”

와트 do you mean

시작하는 오른쪽 발에,그것은 중요하다는 플랑크의 지속적인 고정 측정을 정확하게 현재 가능합니다. 이 책임은 두 가지 매우 다른 유형의 실험에서 측정에 달려 있습니다. 의 첫 번째 이라고 사료 균형,이전이라고 와트 밸런스 하지만 지금은 이름에서 명예의 inventor 브라이언 Kibble 영국에서의 국가 육체적인 실험실에서 죽은 사람,2016. 현재 프랑스,캐나다 및 미국 만이 플랑크 상수를 수정하는 데 필요한 측정을 할 수있는 키블 잔액을 보유하고 있습니다. 그러나 많은 다른 사람들이 자신의 균형을 구축하기 위해 노력하고 있습니다. 다음과 같이 설정의 것,Kibble 균형을 사용하여 전자기장의 힘에 의해 제공되는 코일 와이어의 몰입에 자기장을 균형 킬로그램이 질량. 장비할 수 있 계측 정확한 값의 전류와 전압과,Planck 상수 파생 될 수 있습니다(참조하십시오자 아래).

The Kibble balance

무엇입니까? Kibble(또는 와트)균형은 균형의 한쪽 팔에서 매달려있는 길이 L 의 와이어의 원형,수평 코일로 구성됩니다. 코일에는 배치에서 강한 자기장,B,전류,나는 그것을 통해 전달을 생성하는 힘,F=BIL,조정할 수 있는 동등한 중량의 질량을 배치에 같은 암의 균형을(mg). 질량은 m=BIL/g 에 의해 주어진다.이것이 문제가되는 이유입니다. 정확하게 측정 할 수는 있지만 B 와 L.

에 대해 동일한 작업을 수행하기는 어렵지만 해결책은 무엇입니까? Metrologists 는 질량을 제거하고 자기장에서 속도 u 로 코일을 움직여 전압 V=BLu 를 생성합니다. 이 장치는 두 방정식을 재 배열하여 전기 전력(VI)이 기계적 전력(mgu)에 의해 균형을 이루기 때문에 와트 균형이라고합니다. 즉,m=VI/gu 입니다. U 는 측정하기 쉽고 g(중력에 의한 가속도)는 잘 알려져 있기 때문에 B 와 L 측정의 문제는 사라졌습니다.

그러나 플랑크 상수,h 와의 링크는 무엇입니까? 그게 영리한 비트입니다. 전류는 저항을 통과시키고 조셉슨 효과를 사용하여 결과 전압 강하를 측정함으로써 결정됩니다. 이 효과는다는 사실을 설명합니다면 두 초전도체에 의해 분리된 얇은 절연체,쌍 전자의 각 계층에서 부부도록 전자의 방사선 주파수,f,성에 걸리는 전압의 계층 V=hf/2e,전자가전에 전자수. 의 저항 저항기를 측정할 수 있습니다 전자 흐름을 2D 시스템에서는 초저온에 있는 양자화,으로 전도성 증가 배수의 e2/h.

그 이유는 이에 대 한 좋은 계측? 지금까지 Kibble balance 는 H 를 SI 단위로 측정했습니다. 그러나 킬로그램의 정의가 변경되면 h 의 수치 값이 돌로 고정되어 누구나 균형을 사용하여 절묘한 정밀도로 질량을 측정 할 수 있습니다.

h 를 측정하는 두 번째 방법은 X 선 결정 밀도(XRCD)또는 아보가드로 실험이라고합니다. 그것은 거의 완벽하게 둥근 1kg 구로 가공 된 실리콘-28 원자의 균일 한 결정을 포함합니다. 광학 간섭계를 사용하여 도량형 학자는 먼저 구의 전체 직경(따라서 부피)을 계산합니다. 그런 다음을 결합하여 광학적인 간섭계 X-ray 분석,그들은 계산할 수 있습 사이의 간격은 원자,볼륨 각 차지하고,따라서 원자의 총 수에서 구체입니다. 마지막으로 구의 무게를 측정함으로써 아보가드로 상수를 결정할 수 있습니다. 이 방법을 정의하는 방법은 원자나 분자가 중 하나에서 두더지는 물질의 양 확실히 다른 질량,는 것이 지금의 몰 자체. 방정식에서 원자 물리학을 연결하는 아보가드로 고 Planck 상수의 허용의 정확한 가치 후자를 캡처 할 수 있습니다.

연구실 전 세계에 걸쳐 사용하고 있는 이러한 두 가지 다른 기술을 측정하는 플랑크는 일정한 특별한 정밀도를 제공하는 최종 합의의 값 6.626,070,150×10-34kg m2s–1,상대적 불확실성의 10parts per billion(2018Metrologia55L13). 아보가드로 상수는 6.022,140,76×1023mol-1 에서 고정 될 것입니다. 한 번은 플랑크와 상수 아보가드로 고정되어 있는 복잡한 실험에서는 그 파생 되었으로 사용할 수 있습준 측정을 위한 킬로그램고까지 모든 것을 다루고 있습니다.

실용적인 영향

는 가장 쉬운 방법을 철자는 어떻게 이 일을 고려 사료 균형입니다. 지금까지는 플랑크 상수를 산출하기 위해 방정식에 꽂혀있는 전류 및 전압의 정확한 값을 측정하는 데 사용되었습니다. 장래에 플랑크 상수는 고정 된 값이 될 것이고 그 같은 측정은 대신 균형에 질량을 산출 할 것입니다. 다른 말로하면,키블 균형에 접근 할 수있는 사람은 완벽한 킬로그램을 실현할 수 있습니다. 동일한 원칙이 적용된 암페어와 켈빈도하는 것입니다 미래에 주어지 측면에서 의료에서 전자,전자,그리고 식수,k,각각합니다. 장비 설계된 정확하게 측정 이러한 근본적인 상수제 설정에서 자신의 머리를 정확하게 깨닫 a 켈빈 단위(참조하십시오자 아래). Metre,second 및 candela 에 관해서는,그들의 정의는 불통 될 것이지만 효과적으로 변하지 않을 것입니다.

외부 도량형,새로운 SI 는 즉각적인 실질적인 결과가 거의 없으며 대부분의 사람들이 주목받지 못할 것입니다. 결국,단위는 다르게 정의 될 수 있지만 목표는 항상 크기를 동일하게 유지하는 것입니다. 아직 정의하는 킬로그램,켈빈,a 몰에서 완전히 새로운 방법에 기초한 상수의 자연을 그들에게 불변성,접근 및 실용적이다. 따라서 과학자들은 어떤 장소 나 시간에,그리고 어떤 규모로든 측정 할 수있을 것입니다.

“처음으로,우리는 우리 것을 측정할 수 있는 작은 거대한 수량이 동일한 매우 높은 정밀도하기 때문에 근본적인 상수에 대해 걱정하지 않은 규모,”추가 Schlamminger. 이것은 중요합니다. 미터가 재정의되기 전에 길이는 미터 주위에서만 매우 정확하게 측정 될 수 있습니다. 그러나 이후 재정,높은-정밀도와 같은 응용 프로그램 microelectronics 혜택에서 엄청난 정확도와 함께할 수 있는 거리 측정에서의 작은 것입니다.

마찬가지로,새로운 킬로그램을 허용할 것 킬로그램,그리고 밀리그램 이하로 측정한 동일한 정밀도,심지어는 원자 대중이에서 측정되는 킬로그램입니다. 플랑크 상수에 대한 실험적 연결이있는 한,질량을 측정 할 수있을 것입니다. 따라서,계측는 경주를 구축하는 탁상 사료 잔액 및 새로운 장치를 측정하는 질량을 정확히 확장 크고 작습니다. 그래서 새로운 질량 단위와 SI 단위는 일반적으로 21 세기에 마침내 적합하며 미래에 너무 오래 남아있을 것입니다. Schlamminger 가 적절하게 결론을 내림에 따라: “새로운 SI 는 아름다움과 논리의 건설입니다.”

• 에 대한 자세한 내용은 새로운 SI 정의를 확인하세 무료로 읽을 물리학의 세계 검색 ebook 재정의하는 킬로그램과 다른 SI 단위에 의 스테판 Schlamminger 에 www.physicsworlddiscovery.org