Ο ανασχηματισμός των θεμελιωδών μονάδων μέτρησης

(Αριστερά) Αντίγραφο του πρότυπου χιλιογράμμου στο εσωτερικό των καμπανοειδών προστατευτικών (Δεξιά) Οι υπερ-λείες σφαίρες πυριτίου που θα χρησιμοποιηθούν για τον επαναπροσδιορισμό του ενός χιλιογράμμου χρησιμοποιώντας την σταθερά του Planck, στέλνοντας το πρωτότυπο χιλιόγραμμο στο μουσείο – κυριολεκτικά!

Αν οι φυσικοί είχαν ιερά αντικείμενα, είναι βέβαιο πως ένα από αυτά θα ήταν ο ένας και μοναδικός κύλινδρος, ύψους και διαμέτρου 39 mm από κράμα λευκόχρυσου-ιριδίου, που βρίσκεται ευλαβικά φυλαγμένος εδώ και 127 χρόνια στο Διεθνές Γραφείο Μέτρων και Σταθμών στις Σέβρες, έξω από το Παρίσι.
Πρόκειται για το Διεθνές Πρωτότυπο του Χιλιογράμμου, για το πρότυπο που καθορίζει ακριβώς την μάζα του ενός χιλιογράμμου παντού στο σύμπαν. Ένα κιλό πατάτες στο μπακάλικο έχει ακριβώς την ίδια μάζα με αυτό το συγκεκριμένο κομμάτι μετάλλου. Μια γυναίκα 64 κιλών έχει μάζα 64 φορές μεγαλύτερη από αυτό. Ακόμα και μακρινά αστρονομικά αντικείμενα όπως ένας κομήτης μετρούνται σχετικά μ’ αυτό το πολύτιμο κυλινδρικό αντικείμενο: ο κομήτης 67P/Churyumov–Gerasimenko που εξερεύνησε το διαστημικό σκάφος Rosetta, έχει μια μάζα περίπου 10 τρισεκατομμύρια τέτοιους κυλίνδρους.
Εννοείται πως δεν υπάρχει κάτι ιδιαίτερο σ’ αυτό το κομμάτι μετάλλου, η μάζα του οποίου δεν είναι απόλυτα σταθερή – γρατσουνιές, η αποκόλληση ή προσκόλληση μικροσκοπικών τεμαχιδίων από την επιφάνειά του, θα το κάνει σταδιακά με το πέρασμα των χρόνων έστω και ελάχιστα ελαφρύτερο ή βαρύτερο, και τότε το ένα κιλό πατάτες θα είναι λίγο λιγότερες ή λίγο περισσότερες από ότι στο παρελθόν.

Και ναι μεν η διαφορά στις πατάτες θα είναι ανεπαίσθητη, στις επιστημονικές όμως μετρήσεις που απαιτούν ακρίβεια, μια μικροσκοπική μετατόπιση στον ορισμό του χιλιογράμμου θα μπορούσε να δημιουργήσει τεράστια προβλήματα.
Σύμφωνα με την τελευταία εκτίμηση που έγινε το 1989, το Διεθνές Πρωτότυπο του Χιλιογράμμου βρέθηκε να απέχει 50 εκατομμυριοστά του γραμμαρίου από την τιμή του ενός κιλού, είχε «χάσει» δηλαδή μάζα.
Το ζήτημα αυτό προκαλεί την γκρίνια μερικών ερευνητών. Θα προτιμούσαν να ορίσουν τις θεμελιώδεις μονάδες – συμπεριλαμβανομένων του χιλιογράμμου, του μέτρου και του δευτερολέπτου – χρησιμοποιώντας αμετάβλητες ιδιότητες της φύσης, παρά αυθαίρετα μήκη, μάζες και χρονικά διαστήματα.
Σύμφωνα με τον φυσικό Stephan Schlamminger: «αν ερχόμασταν σε επαφή με εξωγήινους και συγκρίναμε τα συστήματα των μονάδων μέτρησης, θα γινόμασταν ο περίγελος του γαλαξία»
Σύντομα οι «μετρολόγοι» θα χρησιμοποιήσουν τις θεμελιώδεις σταθερές της φύσης – αμετάβλητους αριθμούς όπως η ταχύτητα του φωτός, το ηλεκτρικό φορτίου του ηλεκτρονίου, και την σταθερά του Plank – για να επαναβαθμονομήσουν τις μετροταινίες, τις ζυγαριές και τα θερμόμετρα. Το 2018 αναμένεται ότι θα απαλλαγούμε επιτέλους από τον παριζιάνικο κύλινδρο λευκόχρυσου-ιριδίου, που για πάνω από έναν αιώνα παριστάνει το πρότυπο χιλιόγραμμο.

Το 2018, οι επτά θεμελιώδεις μονάδες του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων (εσωτερικός κύκλος) θα οριστούν από τις επτά σταθερές (εξωτερικός κύκλος). Η τιμή της σταθεράς του Planck θα καθορίσει το χιλιόγραμμο σε συνδυασμό με τους ορισμούς του μέτρου και του δευτερολέπτου. Ο ορισμός του μέτρου και του δευτερολέπτου εξαρτώνται από την ταχύτητα του φωτός και τη συχνότητα μιας ατομικής μετάπτωσης του καισίου-137, αντίστοιχα.

Το 2018, οι επτά θεμελιώδεις μονάδες του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων (εσωτερικός κύκλος) θα οριστούν από τις επτά σταθερές (εξωτερικός κύκλος). Η τιμή της σταθεράς του Planck θα καθορίσει το χιλιόγραμμο σε συνδυασμό με τους ορισμούς του μέτρου και του δευτερολέπτου. Ο ορισμός του μέτρου και του δευτερολέπτου εξαρτώνται από την ταχύτητα του φωτός και τη συχνότητα μιας ατομικής μετάπτωσης του καισίου-137, αντίστοιχα.
Διαβάστε όλες τις λεπτομέρειες σχετικά με την αναθεώρηση των θεμελιωδών μονάδων με βάση τις παγκόσμιες σταθερές,
αλλά και τα νέα προβλήματα που θα εμφανιστούν στην περίπτωση που οι σταθερές αυτές αλλάζουν με τον χρόνο ή έχουν διαφορετικές τιμές σε άλλες περιοχές του σύμπαντος,
στο άρθρο του περιοδικού Sciencenews με τίτλο «Units of measure are getting a fundamental upgrade.

Πηγή: https://www.sciencenews.org/article/units-measure-are-getting-fundamental-upgrade

physicsgg

This article appears in the November 12, 2016, issue of Science News with the headline, "Constant connections: New units based on fundamental properties of the universe will make measurements more precise."