มาตรฐานใหม่กำหนดกิโลกรัมตั้งแต่วันที่ 20 พฤษภาคม 2019 Shutterstock/ปิโอเตอร์ ไวทราเซค

เราวัดผลตลอดเวลา – นานแค่ไหน, หนักแค่ไหน, ร้อนแค่ไหน และอื่นๆ – เพราะเราต้องการสำหรับสิ่งต่าง ๆ เช่น การค้า สุขภาพ และความรู้ แต่การตรวจสอบให้แน่ใจว่าการวัดของเราเปรียบเทียบแอปเปิ้ลกับแอปเปิ้ลนั้นเป็นสิ่งที่ท้าทาย: จะรู้ได้อย่างไรว่าน้ำหนักกิโลกรัมหรือความยาวเมตรของฉันเท่ากับของคุณ

มีการพยายามกำหนดหน่วยวัดในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่ 20 พฤษภาคม 2019 – วันมาตรวิทยาสากล – เห็น การแก้ไขที่สมบูรณ์ ของมาตรฐานเหล่านั้นเข้ามามีบทบาท

คุณจะไม่ได้สังเกตอะไรเลย - คุณจะไม่หนักหรือเบากว่าวันก่อน - เพราะการเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้ราบรื่น

เพียงคำจำกัดความของหน่วยฐานเจ็ดของ SI (Système International d'Unités หรือ International System of Units) ตอนนี้แตกต่างไปจากเมื่อวานอย่างสิ้นเชิง

คำจำกัดความใหม่ของมาตรฐาน (SI) สำหรับกิโลกรัม (กก.) เมตร (ม.) วินาที (s) แอมแปร์ (A) เคลวิน (K) โมล (โมล) และแคนเดลา (cd) บีไอพีเอ็ม, CC BY-ND

เราเคยวัดกันอย่างไร

มนุษย์สามารถนับได้เสมอ แต่เมื่อเราพัฒนาขึ้น เราก็เปลี่ยนไปสู่การวัดความยาว น้ำหนัก และเวลาอย่างรวดเร็ว

ฟาโรห์อียิปต์สร้างปิรามิดตามความยาวของปลายแขนที่เรียกว่ารอยัลศอก สิ่งนี้ถูกเก็บไว้และประกาศใช้โดยนักบวชวิศวกรผู้รักษามาตรฐานภายใต้ความเจ็บปวดแห่งความตาย

มาตรวิทยาในการดำเนินการ – ชั่งน้ำหนักวิญญาณของคนตายและ Royal Cubit ของอียิปต์ (ไม้เรียวสีดำ) บรินน์ ฮิบเบิร์ต

แต่ศอกไม่ได้เป็นหน่วยคงที่ตลอดเวลา – ประมาณครึ่งเมตร บวกหรือลบสองสามสิบมิลลิเมตรตามการวัดในปัจจุบัน

ข้อเสนอแนะแรกของชุดการวัดทศนิยมสากลถูกสร้างขึ้นโดย John Wilkins ในปี 1668 จากนั้นเป็นเลขานุการของ Royal Society ในลอนดอน

แรงผลักดันในการทำสิ่งที่เป็นประโยชน์นั้นมาพร้อมกับการปฏิวัติฝรั่งเศส ชาวฝรั่งเศสเป็นผู้กำหนดมาตรฐานความยาวและมวลชุดแรก โดยมีมาตรฐานแพลตตินัมสองมาตรฐานแทนเมตรและกิโลกรัมเมื่อวันที่ 22 มิถุนายน พ.ศ. 1799 ในหอจดหมายเหตุเดอลาเรพับลีในปารีส

มาตรฐานที่ตกลงกัน

นักวิทยาศาสตร์สนับสนุนแนวคิดนี้ นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน Carl Friedrich Gauss มีความกระตือรือร้นเป็นพิเศษ ตัวแทนจาก 17 ประเทศมารวมตัวกันเพื่อสร้างระบบหน่วยสากลโดยลงนามใน สนธิสัญญาอนุสัญญามิเตอร์ พฤษภาคม 20, 1875

ฝรั่งเศส ซึ่งได้รับความเชื่อถือจากท้องถนนในสงครามฝรั่งเศส-ปรัสเซียน และไม่ใช่อำนาจทางวิทยาศาสตร์อย่างที่เคยเป็นมา ได้เสนอปราสาทที่ถูกทุบตีในป่าแห่ง Saint-Cloud ให้เป็นบ้านของนานาชาติสำหรับระบบใหม่

BIPM บ้านของ SI ไบรน์ ฮิบเบิร์ต (2012)

Pavilion de Breteuil ยังคงเป็นที่ตั้งของ Bureau International de Poids et Mesures (บีไอพีเอ็ม) ซึ่งมีต้นแบบสากลของกิโลกรัม (ต่อจากนี้ไปบิ๊กเค) ในตู้เซฟสองใบและโถแก้วสามใบ

Big K เป็นบล็อกขัดเงาของแพลตตินัม-อิริเดียมที่ใช้กำหนดกิโลกรัม ซึ่งใช้วัดน้ำหนักกิโลกรัมทั้งหมด (ต้นฉบับได้รับการชั่งน้ำหนักเพียงสามครั้งเมื่อเทียบกับสำเนาที่ใกล้เคียงกันจำนวนหนึ่งเท่านั้น)

ต้นแบบสากลของกิโลกรัม (บิ๊กเค) ได้รับความอนุเคราะห์จาก BIPM

ชาวอังกฤษซึ่งเคยมีส่วนร่วมในการอภิปรายและจัดหาแพลตตินัม-อิริเดียมกิโลกรัม ปฏิเสธที่จะลงนามในสนธิสัญญาจนถึงปี พ.ศ. 1884

ระบบใหม่นี้ถูกใช้โดยนักวิทยาศาสตร์เท่านั้น โดยชีวิตประจำวันจะถูกวัดในหน่วยของจักรวรรดิดั้งเดิม เช่น ปอนด์ ออนซ์ ฟุต และนิ้ว

สหรัฐอเมริกาลงนามในสนธิสัญญาในวันนั้น แต่หลังจากนั้นก็ไม่เคยดำเนินการตามจริง โดยยึดติดอยู่กับระบบ British Imperial เวอร์ชันของตนเองซึ่งส่วนใหญ่ยังคงใช้มาจนถึงทุกวันนี้

สหรัฐฯ อาจปฏิเสธการตัดสินใจนั้นในปี 1999 อย่างไรก็ตาม เมื่อยานโคจรรอบดาวอังคาร (MCO) หายไปในการดำเนินการ NS รายงานตัวเหตุการณ์เรียกอีกอย่างว่า "อุบัติเหตุ" (ซึ่งมีมูลค่า 193.1 ล้านเหรียญสหรัฐในปี 1999) กล่าวว่า:

[…] สาเหตุหลักของการสูญเสียยานอวกาศ MCO คือความล้มเหลวในการใช้หน่วยเมตริกในการเข้ารหัสไฟล์ซอฟต์แวร์ภาคพื้นดิน "กองกำลังขนาดเล็ก" ซึ่งใช้ในแบบจำลองวิถีโคจร

โดยพื้นฐานแล้วยานอวกาศหายไปในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเมื่อเข้าสู่วงโคจรต่ำกว่าที่วางแผนไว้

นิยาม SI ใหม่

แล้ววันนี้ทำไมเปลี่ยน? ปัญหาหลักของคำจำกัดความก่อนหน้านี้คือ ในกรณีของ กิโลกรัมพวกมันไม่เสถียรและสำหรับหน่วยของกระแสไฟฟ้า แอมแปร์ นั้นไม่สามารถรับรู้ได้

และจากการชั่งน้ำหนักเทียบกับสำเนาที่เป็นทางการ เราคิดว่า Big K ค่อยๆ สูญเสียมวลไป

ขณะนี้หน่วยทั้งหมดถูกกำหนดในลักษณะทั่วไปโดยใช้สิ่งที่ BIPM เรียกว่า "ค่าคงที่ที่ชัดเจน” สูตร

แนวคิดคือเราใช้ค่าคงที่สากล เช่น ความเร็วของแสงในสุญญากาศ และจากนี้ไปแก้ไขค่าตัวเลขด้วยค่าที่วัดได้ดีที่สุดโดยไม่มีความไม่แน่นอน

ความเป็นจริงได้รับการแก้ไข ตัวเลขได้รับการแก้ไข และขณะนี้มีการกำหนดหน่วยแล้ว

เราจึงจำเป็นต้องค้นหาค่าคงที่เจ็ดค่าและตรวจดูให้แน่ใจว่าการวัดทั้งหมดมีความสอดคล้องกัน ภายในความไม่แน่นอนของการวัด จากนั้นจึงเริ่มนับถอยหลังจนถึงวันนี้ (รายละเอียดทางเทคนิคทั้งหมดคือ สามารถใช้ได้ที่นี่.)

ออสเตรเลียมีส่วนร่วมในการสร้างวัตถุขนาดมหึมาที่กลมที่สุดในโลก ซึ่งเป็นทรงกลมซิลิกอนที่ใช้ในการวัด Avogadro คงที่, จำนวนของเอนทิตีในปริมาณคงที่ของสาร ตอนนี้กำหนดหน่วย SI โมล ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในวิชาเคมี

Walter Giardini จากสถาบันการวัดแห่งชาติออสเตรเลียถือซิลิคอนทรงกลมซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Avogadro บรินน์ ฮิบเบิร์ต

จากมาตรฐานสู่สิ่งประดิษฐ์

แล้ว Big K – กิโลกรัมมาตรฐานล่ะ? วันนี้มันกลายเป็นวัตถุที่มีความสำคัญทางประวัติศาสตร์อย่างมากที่สามารถชั่งน้ำหนักได้และมวลของมันจะมีความไม่แน่นอนในการวัด

ตั้งแต่วันนี้เป็นต้นไป กิโลกรัมถูกกำหนดโดยใช้ค่าคงที่พลังค์ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เปลี่ยนจากฟิสิกส์ควอนตัม

ความท้าทายในตอนนี้คือการอธิบายคำจำกัดความใหม่เหล่านี้ให้กับผู้คน โดยเฉพาะอย่างยิ่งผู้ที่ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์ เพื่อให้พวกเขาเข้าใจ การเปรียบเทียบกิโลกรัมกับบล็อกโลหะเป็นเรื่องง่าย

ในทางเทคนิค กิโลกรัม (กก.) คือ ตอนนี้กำหนด:

[…] โดยหาค่าตัวเลขคงที่ของค่าคงที่พลังค์ h เป็น 6.626 070 15 × 10^-34 เมื่อแสดงในหน่วย J s ซึ่งเท่ากับ kg m² s^-1โดยที่มิเตอร์และตัวที่สองถูกกำหนดเป็น c และ ??_Cs.

เกี่ยวกับผู้เขียน

David Brynn Hibbert ศาสตราจารย์กิตติคุณด้านเคมีวิเคราะห์ UNSW

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน