RIP el quilogram, que no serà mai el mateix

La majoria de la gent sap quant pesa una lliura - 16 oz. Els mundans entre nosaltres poden saber que un quilogram és de 2,2 lliures –o 1.000 grams. Però, nosaltres realment saps què signifiquen aquests números? Estar d'acord amb les unitats de mesura és molt més complicat del que sembla, i la forma en què els éssers humans coincideixen en pesos a tot el món està a punt de canviar completament.

Durant més d'un segle, l'estàndard mundial per al quilogram ha estat el prototip internacional del quilogram, un cilindre de platí i iridi emmagatzemat a l'Oficina Internacional dels Poids i Mesures a França. El BIPM és una organització internacional que ajuda a estandarditzar la ciència i el comerç internacional establint normes de mesura que tots podem establir. Per això, el BIPM té l'IPK: sense aquest petit cilindre pesat, el món no tindria un quilogram estàndard per determinar el pes d'un quilogram. Les còpies de l’IPK (de vegades afectuosament anomenades “Le Grand K”) s’han distribuït arreu del món per tal que els països membres puguin mantenir l’estàndard i, cada 40 anys, es mesura l’IPK per assegurar-se que continua sent un quilogram. Mesures recents han mostrat, però, que les masses d’aquests Grands Ks són divergents, cosa que podria significar el caos per al comerç, la ciència i, possiblement, camps tan sensibles com els coets, en els quals els càlculs han de ser precisos.

Aquest sistema pot semblar estrany i arcaic, però hi ha una bona raó per la qual el món ha utilitzat aquest pes de referència durant tants anys: és realment difícil esbrinar què és un quilogram. Aquí teniu per què.

Mentre que podríem pensar que les diferents unitats de mesura són les seves pròpies lleis naturals, definides en referència les unes a les altres, per exemple, un dia és de 24 hores i una hora és de 60 minuts i un minut és de 60 segons. La veritat és que les unitats de la mesura ha estat definida històricament en termes d’alguns fenòmens concrets del món. En metrologia, l'estudi de la mesura, aquests fenòmens concrets es coneixen com a artefactes.

Com a enginyer aeroespacial Max Fagin es va esbossar en un fil tweet el dijous, els científics han recorregut un llarg camí al llarg dels anys quan es tracta de descobrir com moure's més enllà dels artefactes perquè puguin mesurar coses sense haver de posar-lo al costat d’altres coses. Per exemple, es va mesurar un segon com el 1 / 31556925.9747 del temps que triga a que la Terra vagi al voltant del sol. Ara es defineix com la quantitat de temps que triga un electró en un àtom de cesi-133 a oscil·lar 9.192.631.770 vegades. Això pot semblar innecessàriament específic i francament estrany, però mitjançant la definició d’una unitat de mesura en termes del comportament d’un àtom, els científics poden dir amb cert grau de certesa que un segon és un segon, independentment d’on sigueu a l’univers i no importa si té un cronòmetre.

En poques paraules, els científics han mogut el punt de referència estàndard per mesurar objectes fets per humans i per a constants universals. Tots excepte el quilogram.

Novembre és aquí, i això significa un canvi massiu. I per "massiva", per descomptat, em refereixo a la redefinició de la unitat de quilogram de massa que el món ha anat construint durant més de 100 anys. M'explico: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@MaxFagin) 1 de novembre de 2018

El segon, com el quilogram, el metre i altres quatre unitats, conformen les unitats de Systéme International. Aquestes són les unitats de mesura més bàsiques en què es basen tots els altres. Avui en dia, la majoria de les unitats del SI es poden determinar sense algun tipus d'artefacte, però mesurar un quilogram és molt més difícil, ja que requereix càlculs complexos que es fan més complicats per la gravetat. Després de tot, mentre sovint pensem en la massa i el pes igual, no ho són. La massa, mesurada en quilograms, és la quantitat de matèria que hi ha en un objecte. Però així és com els científics planegen que l’IPK quedi obsolet.

4 / A la base d'aquesta torre hi ha les unitats bàsiques del SI. Només 7 unitats base SI defineixen totes les altres unitats existents. Ells son:

Quilogram, kg (massa)

Metre, m (distància)

Segon, s (temps)

Kelvin, K (temp)

Ampere, A (corrent elèctric)

Candela, cd (intensitat lluminosa)

Mole, mol (quantitat) pic.twitter.com/Qe2jS13kEn

- Max Fagin (@MaxFagin) 1 de novembre de 2018

Aquí és on entra l’Equilibri per a salvar-nos. Aquest dispositiu, que està en desenvolupament per múltiples laboratoris. L’Institut Nacional d’Estàndards i Tecnologia dels EUA i el Laboratori Nacional de Física d'Anglaterra treballen en aquest dispositiu, que esperem que redefini el quilogram en termes de la constant de Planck, un nombre que és fonamental per entendre la mecànica quàntica. En resum, aquest dispositiu no determina la massa mesurant el pes, sinó mesurant la força electromagnètica entre dues plaques. Ah, i tot es fa en un buit.

L’Equilibri Kibble, per dir-ho simplement, hauria de ser capaç de mesurar la massa d’un objecte: l’IPK, per exemple, en termes d’energia elèctrica. Per obtenir tota la matemàtica, consulteu el vídeo que apareix a continuació. Tanmateix, per a qualsevol persona que no entri en el terreny de la física, n'hi ha prou amb dir que l’Equilibri de Kibble hauria d’ajudar els científics a redefinir el quilogram.

"Una de les raons clau per fer aquest treball és proporcionar seguretat internacional", va dir Ian Robinson, cap de la divisió de mesurament d'enginyeria del National Physical Laboratory. Delano. "Si el pavelló de Breteuil" - on s'emmagatzema l’IPK - "es va cremar demà i el quilogram de les voltes es va fondre, no quedaríem cap referència per al sistema de pesos mètrics del món. Hi hauria un caos. La definició actual del quilogram és el pes d'aquest cilindre a París.

I això no és prou bo per a la ciència internacional.