โดย Rafi Letzter เผยแพร่ 21 พฤษภาคม 2019
กิโลกรัมแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 1879บาคาร่า (เครดิตภาพ: ซัลวาน จอร์จส์/เดอะวอชิงตันโพสต์ ผ่าน Getty Images)กิโลกรัมไม่ใช่สิ่งอีกต่อไป แต่เป็นแนวคิดเชิงนามธรรมเกี่ยวกับแสงและพลังงานณ วันนี้ (20 พ.ค.) นักฟิสิกส์ได้เข้ามาแทนที่กิโลกรัมเก่า — กระบอกสูบแพลตตินั่ม-อิริเดียมอายุ 130 ปีที่มีน้ําหนัก 2.2 ปอนด์ (1 กิโลกรัม) นั่งอยู่ในห้องในฝรั่งเศส —— ด้วยการวัดที่เป็นนามธรรมและไม่เปลี่ยนแปลงตามอนุภาคแสงสี่ล้านล้านอนุภาคและค่าคงที่ของพลังค์ (คุณลักษณะพื้นฐานของจักรวาลของเรา)
ในแง่หนึ่งนี่เป็นความสําเร็จที่ยิ่งใหญ่ (และยากอย่างน่าประหลาดใจ) กิโลกรัมได้รับการแก้ไขตลอดไป
ในขณะนี้ มันไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากกระบอกสูบสูญเสียอะตอมที่นี่หรืออะตอมที่นั่น นั่นหมายความว่ามนุษย์สามารถสื่อสารหน่วยมวลนี้ในแง่ของวิทยาศาสตร์ดิบกับมนุษย์ต่างดาวอวกาศได้ ตอนนี้กิโลกรัมเป็นความจริงง่ายๆความคิดที่สามารถพกพาไปได้ทุกที่ในจักรวาลโดยไม่ต้องกังวลกับการนําถังติดตัวไปด้วยและถึงกระนั้น… แล้วไง ในทางปฏิบัติแล้วกิโลกรัมใหม่มีน้ําหนักไม่เกินสองสามส่วนต่อพันล้านเท่ากิโลกรัมเก่า หากคุณมีน้ําหนัก 93 กิโลกรัม (204 ปอนด์) เมื่อวานนี้ คุณจะมีน้ําหนัก 93 กิโลกรัมในวันนี้และวันพรุ่งนี้ เฉพาะในไม่กี่โปรแกรมทางวิทยาศาสตร์แคบ ๆ เท่านั้นคําจํากัดความใหม่จะสร้างความแตกต่างใด ๆ [7 ข้อเท็จจริงแปลก ๆ เกี่ยวกับควาร์ก]
สิ่งที่น่าสนใจจริงๆที่นี่ไม่ใช่ว่าในทางปฏิบัติแล้ววิธีที่เราส่วนใหญ่ใช้กิโลกรัมจะเปลี่ยนไป มันเป็นเรื่องยากที่จะด่ามันกลายเป็นว่ากําหนดหน่วยมวลอย่างเคร่งครัดเลย
กองกําลังพื้นฐานอื่น ๆ ได้รับการเข้าใจมานานแล้วในแง่ของความเป็นจริงพื้นฐาน ครั้งที่สองของเวลา? ครั้งหนึ่งตามที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) กําหนดไว้ในแง่ของการแกว่งของนาฬิกาลูกตุ้ม แต่ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจวินาทีเป็นเวลาที่ใช้อะตอมของซีเซียม 133 เพื่อผ่าน 9,192,631,770 รอบของการปล่อยรังสีไมโครเวฟ เมตร? นั่นคือระยะทางที่แสงเดินทางใน 1 / 299,792,458th ของวินาที
แต่มวลชนไม่ใช่แบบนั้น เรามักจะวัดกิโลกรัมในแง่ของน้ําหนัก – สิ่งนี้ดันลงบนเครื่องชั่งได้มากแค่ไหน? แต่นั่นเป็นการวัดที่ขึ้นอยู่กับว่าคุณทําการชั่งน้ําหนักจริงที่ใด กระบอกสูบนั้นในฝรั่งเศสจะมีน้ําหนักน้อยกว่ามากหากคุณนํามันไปยังดวงจันทร์และแม้แต่เล็ก ๆ น้อย ๆ หรือเล็ก ๆ น้อย ๆ ถ้าคุณนํามันไปยังส่วนอื่น ๆ ของโลก
ตามที่ NIST อธิบายว่ากิโลกรัมใหม่ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างมวลและพลังงาน
– ความสัมพันธ์ที่สะกดบางส่วนใน E = mc ^ 2 ของไอน์สไตน์ซึ่งหมายความว่าพลังงานเท่ากับมวลเท่าความเร็วของแสงกําลังสอง มวลสามารถแปลงเป็นพลังงานและในทางกลับกัน และเมื่อเทียบกับมวลพลังงานจะวัดและกําหนดได้ง่ายกว่าในแง่ที่ไม่ต่อเนื่อง
ต้องขอบคุณสมการอื่นที่แก่กว่า E=mc^2 ด้วยซ้ํา นักฟิสิกส์ Max Planck แสดงให้เห็นในปี 1900 ว่า E=hv ตาม NIST เขาแสดงให้เห็นว่าในระดับที่เล็กพอพลังงานสามารถขึ้นและลงและในขั้นตอนเท่านั้น E=hv หมายความว่าพลังงานเท่ากับ “v” — ความถี่ของอนุภาคบางอย่าง, เช่นโฟตอน — คูณด้วย “h” — จํานวน 6.62607015×10^ลบ34 หรือที่เรียกว่าค่าคงที่ของพลังค์.
”v” ใน E=hv ต้องเป็นจํานวนเต็มเสมอ เช่น 1, 2, 3 หรือ 6,492 ไม่อนุญาตให้ใช้เศษส่วนหรือทศนิยม ดังนั้นพลังงานจึงเกิดขึ้นโดยธรรมชาติของมันแบบไม่ต่อเนื่องขึ้นและลงในขั้นตอนของ “h” (6.62607015×10 ^ ลบ34)
กิโลกรัมใหม่นํา =mc^2 และ E=hv มารวมกัน ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถกําหนดมวลในแง่ของค่าคงที่ของพลังค์ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่ไม่เปลี่ยนแปลงของจักรวาล พันธมิตรระหว่างประเทศของห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์มารวมกันเพื่อให้การวัดที่แม่นยําที่สุดของค่าคงที่ของพลังค์ยัง, บางอย่างไปภายในเพียงหลายส่วนต่อพันล้าน. มวลของกิโลกรัมใหม่สอดคล้องกับพลังงานของ 1.4755214 เท่า 10^40 โฟตอนที่กําลังสั่นที่ความถี่เดียวกับซีเซียม 133 อะตอมที่ใช้ในนาฬิกาอะตอม.
มันไม่ใช่สิ่งที่ง่ายที่สุดในการยึดติดกับเครื่องชั่ง แต่ตามความคิดมันเป็นแบบพกพามากกว่ากระบอกสูบของโลหะผสมแพลตตินั่มอิริเดียมและผลิตภัณฑ์บนหิ้งไม่เหมือนกันทั้งหมด วอร์ดกล่าว “อาจมีหลายสายพันธุ์ที่แตกต่างกันและถ้าคุณกําลังคิดเกี่ยวกับการทําเช่นนี้ด้วยเหตุผลทางการแพทย์ที่คุณต้องการหาแหล่งที่เชื่อถือได้และทําวิจัยของคุณ”เธอกล่าวว่า “น้ํามันนั้นมาจากไหน และคุณมั่นใจแค่ไหนว่าคุณจะรู้เปอร์เซ็นต์ที่แน่นอนของ cannabinoids ต่างๆ ในผลิตภัณฑ์ได้”บาคาร่า
