W przyszłym roku nowy wzorzec kilograma
Przedstawiciele 60 krajów zdecydowali o zmianie definicji Międzynarodowego Układu Jednostek Miar. Zmienią się obowiązujące definicje kilograma, ampera, kelwina i mola.
Podczas spotkania w Wersalu zdecydowano, że wszystkie jednostki SI zostaną zdefiniowane w odniesieniu do stałych opisujących naturę. Ma to zapewnić, że system SI pozostanie stabilny i pozwolić na zaimplementowanie nowych definicji w nowych technologiach, w tym w technologiach kwantowych.
Zmiany, które zaczną obowiązywać od 20 maja 2019 roku położą kres definiowaniu jednostek miar za pomocą obiektów fizycznych.
I tak obowiązująca od ponad 130 lat definicja kilograma, którego wzorzec jest przechowywany we Francji, przestanie obowiązywać i zostanie stworzona definicja oparta o stałą Plancka. Ma to i ten praktyczny wymiar, że przy obecnie obowiązującej definicji jedynym sposobem na sprawdzenie, czy używany kilogram jest z nią zgodny, jest porównanie go do fizycznego wzorca. Stałą Plancka może wykorzystywać zaś zawsze i wszędzie.
Przedefiniowanie Układu SI to krok milowy postępu naukowego. Użycie podstawowych stałych obecnych w naturze jako punktów wyjścia do określania np. masy czy czasu, oznacza, że zyskujemy stabilne fundamenty, na których możemy budować wiedzę, tworzyć nowe technologie i mierzyć się z wielkimi wyzwaniami, mówi Martin Milton, dyrektor Międzynarodowego Biura Miar i Wag.
W związku z podjętą decyzją zmianie ulegną definicje kilograma, ampera, kelwina i mola oraz wszystkie wywodzące się z nich definicje, takie jak definicja dżula, wolta czy oma.
I tak kilogram zostanie zdefiniowany przy użyciu stałej Plancka. Do stworzenia definicji ampera posłuży ładunek elektryczny elementarny, za pomocą stałej Bolzmanna będzie definiowany kelwin, a przy definicji mola specjaliści wykorzystają stałą Avogadra.
Oczywiście zmiana definicji nie oznacza, że zmienią się same wielkości. Kilogram nadal będzie kilogramem. Jednak kilogram, amper, kelwin i mol dołączą do pozostałych jednostek SI – metra, sekundy i kandeli – które już teraz są definiowane za pomocą niezmiennych stałych.
Komentarze (25)
gooostaw, 20 listopada 2018, 07:01
Czy nie powinno być: "...położą kres definiowaniu jednostek miar za pomocą obiektów fizycznych." ?
Mariusz Błoński, 20 listopada 2018, 10:47
Dokładnie
Już poprawiam 
thikim, 21 listopada 2018, 18:54
Ale ogólnie z artykułów z poprzedniego roku wychodzi że to trochę oszustwo. Nawet bardziej niż trochę:
https://www.rp.pl/Nauka/306269862-Kilogram-krzemowej-kuli--nowy-wzorzec-wagi.html
Krzemowa kula to z pewnością obiekt fizyczny. A definiowanie przy pomocy ilości cząstek
owszem, udoskonala metodę, ale dalej w zasadzie jesteśmy w punkcie wyjścia. Dalej trzeba wykonać wzorzec fizyczny.
Ktoś myślący zadałby pytanie. Co wspólnego z kulą krzemu ma stała Plancka.
Ano coś tam ma, bo ta kula będzie ważona. No ale jakby ją tu zważyć. No i ktoś sobie wymyślił że elektromagnesem. A elektromagnes będzie równoważył siłę grawitacji poprzez przepływ prądu w cewce, przez którą to z kolei będzie przepływał prąd wykorzystując zjawisko Josephsona. A tam już prąd ma charakter dyskretny o wartościach powiązanych z ładunkiem elektrycznym i stałą Plancka właśnie.
Heh, moim zdaniem tak długo to wprowadzali bo to kijowa metoda. Ale lepsza niż obecny kg który się cały czas degraduje.
A jak kula będzie ważona to w zasadzie ten kg będzie musiał jeszcze uwzględniać pole grawitacyjne. Czyli w sumie waga do ważenia.
No ale jedno będzie mniej więcej wiadomo: kg to x atomów krzemu
Niezależnie od tego że chyba przyznacie że taka definicja jest mało praktyczna 
gooostaw, 21 listopada 2018, 20:14
Dlaczego oszustwo? Przecież po dokonaniu wyznaczenia nowej definicji z pomocą tej kuli będzie ją można wyrzucić. Już nie będzie potrzeba tak jak obecny wzorzec kilograma. Teraz każdy na świecie będzie mógł zbudować urządzenie pomiarowe i wykorzystać je do odtworzenia kilograma z wymaganą dokładnością.
thikim, 21 listopada 2018, 20:18
Dokonując ważenia?
Czy liczenia?
Bo jak ważenia to zmienia się g. A jak liczenia to nie jest łatwo przy załóżmy 38732874632874632876432 atomie się nie pomylić
No i to trochę trudne jest, równie nudne zresztą co trudne.
gooostaw, 21 listopada 2018, 20:20
No... tak
ale tym razem nie będzie potrzebny wzorzec. Dobrze rozumiem?
thikim, 21 listopada 2018, 20:29
Przy oparciu się o liczność materii - wzorcem jest atom załóżmy krzemu. Czy ma stałą masę? Cóż dyskusyjne. Ale statystycznie w określonej temperaturze i warunkach ma w miarę stałą.
Przy oparciu się o ważenie problemem jest g. Zaleta jest taka że w miarę dokładnie daje się zmierzyć.
http://uranos.cto.us.edu.pl/~gluza/kg.pdf
BTW. Tam jest jedno fajne zdanie o błędzie rzędu 1 miligram na 1 kg
Jajcenty, 21 listopada 2018, 21:26
Fakt. Metoda przekombinowana. Musiałem filmik na yt oglądać dwa razy, żeby to zrozumieć, a i tak mam wątpliwości. Mamy dobrą defincję niutona, metra, sekundy, stąd niedaleko do kilograma?
thikim, 21 listopada 2018, 22:08
Masa jest miarą bezwładności. Bezwładność określa ile siły (niutonów) musisz włożyć żeby zmienić prędkość ciała. To dość kłopotliwy pomiar gdy trzeba rzucić mierzonym przedmiotem. To by się dało jeszcze zrobić na zasadzie wprowadzania w drganie. Ale jak przypuszczam ciężko się mierzy dokładnie siły dla drgających ciał.
Aczkolwiek w mikroświecie tak się właśnie robi, tzn. nie dla drgających tylko poprzez określenie bezwładności.
Wyobraź sobie coś takiego: rzucasz z całej siły (F=const.) mierzony przedmiot i mierzysz odległość na jaką poleciał. Proste i definicyjne - tylko mało dokładne
mimo że samą odległość możemy zmierzyć całkiem nieźle, ale nie w przypadku rzutu. Wynik pomiaru zniekształcają mocno: kształt, sprężystość i plastyczność ręki.
Jak przedmiot ma masę 10 kg to raczej daleko nie rzucisz. 1 kg dalej rzucisz. 100 g może i nawet dalej. Ale jak mniej to już powietrze przeszkodzi
No i pomiar siły jest pomiarem w zasadzie prowadzącym nas do tej znanej od dawna wagi.
Masa to także miara ilości materii. Stąd możemy bazować na stałej Avogadro ale liczenie atomów w ilościach biliardowych dla 1 kg jest dość kłopotliwe.
gooostaw, 21 listopada 2018, 23:26
No ale chwila. Przecież wystarczy metoda pozwalająca wyznaczyć masę obecnego wzorca, za pomocą stałych fizycznych, ze skończoną dokładnością. Taką jaką uznano za wystarczającą. Jasne że nie policzono puki co atomów co do jednego. Policzono najdokładniej jak potrafimy. W praktyce nowy kilogram będzie odrobinę inny. Mimo tego jak dziwnie to brzmi, obecnie nie wiemy ile dokładnie waży kilogram. Teraz już będziemy wiedzieli, po prostu to ustalimy
pogo, 22 listopada 2018, 00:23
Nie chodzi o to by istniała idealna metoda pomiaru ów kilograma. Ważne by była definicja, a potem będzie można w nieskończoność poprawiać jakość pomiaru. I każdy dysponujący odpowiednim zapleczem będzie mógł to zrobić bez odwoływania się do wzorców.
A sam wzorzec będzie istniał dla jednostek naukowych, które nie są w stanie dokonać takich pomiarów, więc wolą dokonać porównania. No i ładnie wygląda na wystawie, którą będą odwiedzać płacący za to turyści
gooostaw, 22 listopada 2018, 00:35
Dokładnie. W dodatku wzorców do porównań będzie można tworzyć dowolną ilość, gdziekolwiek na świecie. Wystarczy posiadać odpowiedni sprzęt i nie trzeba się będzie wybierać się do Francji żeby sobie porównać. W dodatku zniknie ta kłopotliwa i niezręczna kwestia, jedynego i prawdziwego kawałka metalu. Wzorce jeśli będą potrzebne będziemy mogli zastępować w dowolnej chwili nowymi, coraz dokładniejszymi wersjami.
dexx, 22 listopada 2018, 09:10
Do ISS trzeba będzie dodać moduł w którym będzie można kalibrować kilograma
thikim, 22 listopada 2018, 17:31
A g to stała fizyczna czy nie?
To jaka jest ta definicja?
Bo może przeoczyłem... 
Jajcenty, 22 listopada 2018, 19:51
Nie ma znaczenia. Też możemy nad tym zapanować: https://pl.wikipedia.org/wiki/Przyspieszenie_dośrodkowe
Jako laik nie widzę problemu by zdefiniować 1kg jako 10N
Tak wiem, ekonomia, eksport, import zanotują 0,19% wzrostu
gooostaw, 22 listopada 2018, 22:23
No tak, ale przecież wiadomo że potrzebna jest jakaś stała uniwersalna. Teraz do kilograma wykorzystano stałą Plancka i na niej opiera się nowa definicja. Dzięki temu stała Plancka też została wyznaczona dokładnie, bez żadnego błędu.
gooostaw, 23 listopada 2018, 04:48
Dokładnie tak jak piszesz. Można też jednak spojrzeć na to inaczej i powiedzieć że znamy dokładnie prędkość światła i stałą Plancka ale nie wiemy ile dokładnie warzy kilogram i ile dokładnie trwa sekunda. W praktyce mogli byśmy ustalić wartości niektórych stałych na zupełnie inne, razem za nimi zmieniły by się wartości z nich wynikające. Dokonując coraz dokładniejszych pomiarów coraz dokładniej badamy stosunek różnych parametrów wszechświata. Nie mylę się? Jeśli gdzieś we wszechświecie istnieje inna cywilizacja to ich stałe mają inne wartości ale stosunki wartości z nich wynikających będą takie same, plus minus błąd pomiarowy jaki oni i my zrobiliśmy.
gooostaw, 23 listopada 2018, 06:11
Dokładnie tak. Według mnie wychodzi na jedno. Kwestia punktu widzenia
W sumie to może kiedyś przejdziemy na używanie jednostek naturalnych.
gooostaw, 23 listopada 2018, 06:35
Nie widzę problemu. Obecnie w codziennym życiu też cały czas używamy przedrostków.
gooostaw, 23 listopada 2018, 06:53
No tak, mi tam wszystko jedno
chociaż pewnie używało by się pełnych liczb z jakimś przedrostkiem.
Jajcenty, 24 listopada 2018, 12:18
To nie takie proste. Jak słyszę 1013 hPa albo widzę ciężary w kN czy MN to nigdy nie wiem ile to jest, zawsze muszę chwilę na palcach te potęgi liczyć
Na takie zmiany trzeba kilku pokoleń
gooostaw, 24 listopada 2018, 12:28
No tak. przyzwyczajenie się mogło by być problematyczne. Może jednak kiedyś dojdziemy do wniosku że jednak warto. Póki co jest jeszcze miejsce gdzie używa się mil, stóp i funtów
thikim, 24 listopada 2018, 15:45
Na pewno nie w metodologii jaką przyjęto przy wyznaczaniu wzorca nowego kg. Tam nikt nie zakładał takiej wersji. Byłoby to zresztą dużo mniej dokładne niż ten tradycyjny kg.
Prędkość światła c - ustalona wartość - wiąże nam czas z odległością, czyli ogólnie jest podstawą wszelkich pomiarów dotyczących czasoprzestrzeni.
Z tym od razu wiąże się masa (poprzez OTW).
W sumie poprzez OTW można by użyć definicji: masa 1 kg odkształca czasoprzestrzeń w taki a taki sposób i byłoby to chyba największym uogólnieniem masy.
Tu by się trzeba zastanowić czy teoretycznie pojęcie masy jako osobnej wielkości jest w takim razie konieczne.
Stała Avogadro - dot. liczności materii to w zasadzie twór sztuczny. Nam wystarcza masa na określenie ilości materii.
Tak samo amper jest sztuczny. Nam potrzeba ładunku jako jednostki podstawowej i tak już jest w układzie naturalnym. Tu też można by się zastanowić czy ładunek musi być wielkością pierwotną.
Ale w układzie naturalnym jest temperatura - także sztuczny twór wynikający ze średniej energii cząstek, cząsteczek i atomów, co przecież można opisać: masą i odległością i czasem (temperatura byłaby zmianą rozkładu masy w przestrzeni i czasie, czyli odkształceniami czasoprzestrzeni).
Dla nas temperatura to odpowiednio przeskalowana średnia energia obiektów, ale jak wejdziemy głębiej w mikroświat to taki kwark ( o olbrzymiej gęstości) w swoim najbliższym otoczeniu odkształca czasoprzestrzeń niemal jak czarna dziura), czyli mamy niezliczone ilości takich drobnych odkształceń.
Jak na razie to widzę tylko dwie pewne pierwotne wielkości: czas i odległość. Pierwotność innych jest dyskusyjna. Ładunek mnie zastanawia.
thikim, 25 listopada 2018, 09:26
Zgoda. Ale czy ta nowa metoda jest tak bardzo praktyczna? Na razie tylko największe laboratoria będą ją w stanie zrealizować i nie da to większej dokładności niż obecny wzorzec. Da oczywiście wartość zwaną stałością w czasie definicji. Ale ze względu na g to też będzie ograniczone.
Nie chodziło mi jednak o praktyczność tylko o pokazanie że masę można wyprowadzić w sposób bardziej niezależny.
Tak. Generalnie masz rację. Mając sieć powiązań możemy wyjść od dowolnego węzła sieci.
Tak więc mamy czasoprzestrzeń i masę. Jedno wpływa na drugie.
Może nawet masz rację wskazując kierunek odwrotny.
Czasoprzestrzeń jako produkt istnienia materii brzmi rozsądniej. Czyli metr i sekundę byśmy wyprowadzili z kg
A raczej ich związek czyli prędkość światła - która przecież wynika z właściwości czasoprzestrzeni utworzonej przez masę i ładunek.