Кілограм вже не річ. Натомість це абстрактне уявлення про світло та енергію.
На сьогодні (20 травня) фізики замінили старий кілограм - 130-річний платино-іридієвий циліндр вагою 2,2 фунта (1 кілограм), що сидить у кімнаті у Франції - абстрактним, незмінним вимірюванням, заснованим на квадриліонах частинки світла і константа Планка (фундаментальна особливість нашого Всесвіту).
В одному сенсі це грандіозне (і на диво складне) досягнення. Кілограм тепер фіксується назавжди. Він не може змінюватися з часом, оскільки циліндр втрачає тут атом або атом. Це означає, що люди могли б передавати цю одиницю маси, з точки зору сирої науки, космічним прибульцям. Кілограм тепер - проста правда, ідея, яку можна перенести будь-де у Всесвіті, не намагаючись принести циліндр із собою.
І все ж… так що? Практично кажучи, новий кілограм важить до кількох частин на мільярд, рівно стільки, скільки старий кілограм. Якщо ви вчора важили 93 кілограми (204 фунти), сьогодні і завтра ви будете важити 93 кілограми. Лише за кількох вузьких наукових застосувань нове визначення внесе будь-які зміни.
Тут насправді захоплююче не те, що, практично кажучи, зміниться спосіб більшості з нас, що використовують кілограм. Наскільки чортово важко взагалі жорстко визначити одиницю маси.
Інші фундаментальні сили вже давно зрозуміли з точки зору фундаментальної реальності. Секунда часу? Колись, згідно з даними Національного інституту стандартів і технологій (NIST), його визначали з точки зору коливань маятникового годинника. Але зараз вчені розуміють секунду, коли час атома цезію 133 повинен пройти 9,192,631,770 циклів вивільнення мікрохвильового випромінювання. Метр? Ось ця відстань проходить світло за 1 / 299,792,458-ту секунду.
Але маса не така. Зазвичай ми вимірюємо кілограми у вазі - скільки ця штука штовхається в масштабі? Але це вимірювання, яке залежить від того, де ви виконуєте фактичне зважування. Цей циліндр у Франції важив би набагато менше, якби ви привезли його на Місяць, і навіть крихітку більше чи крихітку трохи менше, якщо б ви привезли його в інші частини Землі.
Як пояснює NIST, новий кілограм базується на фундаментальній залежності між масою та енергією - співвідношення частково прописане Ейнштейном E = mc ^ 2, що означає, що енергія дорівнює масі, кратній швидкості світла в квадраті. Маса може бути перетворена на енергію і навпаки. І, порівняно з масою, енергію легше виміряти та визначити дискретно.
Це завдяки іншому рівнянню, навіть старшому за E = mc ^ 2. Фізик Макс Планк показав у 1900 році, що E = hv, згідно з NIST. Він показав, що в досить малому масштабі енергія може підніматися вгору і вниз, і лише кроками. E = hv означає, що енергія дорівнює "v" - частота якоїсь частинки, подібно до фотона, помножена на "h" - число 6.62607015 × 10 ^ мінус34, також відоме як константа Планка.
"v" в E = hv завжди має бути цілим числом, як 1, 2, 3 або 6 492. Не допускаються дроби або десяткові дроби. Отже, енергія за своєю природою дискретна, йде вгору і вниз по кроках «h» (6.62607015 × 10 ^ мінус34).
Новий кілограм об'єднує E = mc ^ 2 і E = hv разом. Це дає змогу вченим визначити масу з точки зору постійної Планка, незмінної риси Всесвіту. Міжнародна коаліція наукових лабораторій зібралася для того, щоб зробити найбільш точні вимірювання константи Планка поки що, певну, в межах лише кількох частин на мільярд. Маса нового кілограма відповідає енергії в 1,4755214 рази 10 ^ 40 фотонів, що коливаються на тих же частотах, що і атоми цезію 133, використовувані в атомних годинниках.
Це не найпростіша річ наклеїти на масштаб. Але, як ідея, він набагато більш портативний, ніж циліндр із платино-іридієвого сплаву.
