Kilogramul nu mai este un lucru. În schimb, este o idee abstractă despre lumină și energie.
Începând de astăzi (20 mai), fizicienii au înlocuit kilogramul vechi - un cilindru de 130 de ani, platină-iridiu, care cântărește 2,2 kilograme (1 kilogram), așezat într-o cameră din Franța - cu o măsurare abstractă, neschimbată, bazată pe cvadrilaje de particule de lumină și constanta lui Planck (o trăsătură fundamentală a universului nostru).
Într-un sens, aceasta este o realizare măreață (și surprinzător de dificilă). Kilogramul este fixat pentru totdeauna acum. Nu se poate schimba în timp, deoarece cilindrul pierde un atom aici sau un atom acolo. Asta înseamnă că oamenii ar putea comunica această unitate de masă, din punct de vedere al științei prime, străinilor spațiali. Kilogramul este acum un simplu adevăr, o idee care poate fi transportată oriunde în univers, fără să te deranjezi să aduci un cilindru cu tine.
Și totuși… deci ce? Practic vorbind, noul kilogram cântărește, în câteva părți la un miliard, exact la fel ca și kilogramul vechi. Dacă ai cântărit ieri 93 de kilograme (204 kilograme), vei cântări 93 de kilograme astăzi și mâine. Numai în câteva aplicații științifice restrânse, noua definiție va face vreo diferență.
Ce este cu adevărat fascinant aici nu este faptul că, practic vorbind, modul în care cei mai mulți dintre noi folosim kilogramul se va schimba. Este cât de al naibii de greu s-a dovedit a defini cu rigurozitate o unitate de masă.
Alte forțe fundamentale au fost înțelese de mult timp în termenii realității fundamentale. O secundă de timp? Odată, conform Institutului Național de Standarde și Tehnologie (NIST), acesta a fost definit în termeni de leagănul unui ceas cu pendul. Dar acum oamenii de știință înțeleg o secundă ca timpul necesar unui atom de cesiu 133 pentru a parcurge 9.192.631.770 de cicluri de eliberare a radiațiilor cu microunde. Un metru? Aceasta este distanța parcursă de lumină în 1 / 299.792.458th of a second.
Dar masa nu este așa. De obicei măsurăm kilogramele în ceea ce privește greutatea - cât de mult împinge acest lucru pe o scară? Dar aceasta este o măsurare care depinde de locul în care efectuați cântărirea reală. Acest cilindru din Franța ar cântări mult mai puțin dacă l-ați aduce pe Lună și chiar un pic mai mic sau mai puțin mic dacă l-ați aduce în alte părți ale Pământului.
După cum explică NIST, noul kilogram se bazează pe relația fundamentală dintre masă și energie - relația exprimată parțial în E = mc ^ 2 a lui Einstein, ceea ce înseamnă că energia este egală cu masa de viteză a luminii pătrate. Masa poate fi transformată în energie și invers. Și, în comparație cu masa, energia este mai ușor de măsurat și definit în termeni discrete.
Asta e datorită unei alte ecuații, chiar mai vechi decât E = mc ^ 2. Fizicianul Max Planck a arătat în 1900 că E = hv, conform NIST. El a arătat că, la o scară suficient de mică, energia poate urca și coborî și numai în pași. E = hv înseamnă că energia este egală cu „v” - frecvența unei particule, precum un foton - înmulțită cu „h” - numărul 6.62607015 × 10 ^ min34 cunoscut și sub numele de constantă lui Planck.
„v” în E = hv trebuie să fie întotdeauna un număr întreg, cum ar fi 1, 2, 3 sau 6.492. Nu sunt permise fracții sau zecimale. Așadar, energia este prin natura sa discretă, urcând și coborând în pași de „h” (6.62607015 × 10 ^ min34).
Noul kilogram aduce E = mc ^ 2 și E = hv. Aceasta permite oamenilor de știință să definească masa în termenii constantei lui Planck, o caracteristică neschimbătoare a universului. O coaliție internațională de laboratoare științifice s-a reunit pentru a face cele mai precise măsurători ale constantei lui Planck, cu siguranță, în doar câteva părți pe miliard. Masa noului kilogram corespunde energiei de 1.4755214 ori de 10 ^ 40 fotoni care oscilează la aceleași frecvențe ca atomii de cesiu 133 folosiți în ceasurile atomice.
Nu este cel mai ușor lucru să rămâi pe o scară. Dar, ca idee, este mult mai portabil decât un cilindru din aliaj de platină-iridiu.
