2018 mund të quhet një vit fatal në metrologji, sepse kjo është koha e një revolucioni të vërtetë teknologjik në sistemin ndërkombëtar të njësive të sasive fizike SI. Bëhet fjalë për rishikimin e përkufizimeve të madhësive kryesore fizike. A do të peshojë një kilogram patate në supermarket tani në një mënyrë të re? C patatet do të jenë të njëjta. Diçka tjetër do të ndryshojë.
Përpara sistemit SI
Në kohët e lashta nevojiteshin standarde të përbashkëta në pesha dhe masa. Por rregullat e përgjithshme për matjet u bënë veçanërisht të nevojshme me ardhjen e përparimit shkencor dhe teknologjik. Shkencëtarët duhet të flisnin në një gjuhë të përbashkët: sa centimetra është një këmbë? Dhe çfarë është një centimetër në Francë kur nuk është njësoj me italishten?
Franca mund të quhet veterane nderi dhe fituese e betejave historike metrologjike. Pikërisht në Francë në 1791 u miratua zyrtarisht sistemi i matjes dhe i tyrenjësitë dhe përkufizimet e sasive kryesore fizike u përshkruan dhe u miratuan si dokumente shtetërore.
Francezët ishin të parët që kuptuan se sasitë fizike duhet të lidhen me objektet natyrore. Për shembull, një metër është përshkruar si 1/40,000,000 e gjatësisë së meridianit nga veriu në jug drejt ekuatorit. Ai ishte i lidhur, kështu, me madhësinë e Tokës.
Një gram ka qenë gjithashtu i lidhur me fenomenet natyrore: përkufizohej si masa e ujit në një centimetër kub në një nivel temperature afër zeros (shkrirja e akullit).
Por, siç doli, Toka nuk është aspak një top i përsosur, dhe uji në një kub mund të ketë një sërë vetish nëse përmban papastërti. Prandaj, madhësitë e këtyre sasive në pjesë të ndryshme të planetit ndryshonin pak nga njëra-tjetra.
Në fillim të shekullit të 19-të, gjermanët, të udhëhequr nga matematikani Karl Gauss, hynë në biznes. Ai propozoi të përditësohej sistemi i masave centimetër-gram-sekondë, dhe që atëherë njësitë metrike kanë hyrë në botë, shkencë dhe janë njohur nga komuniteti ndërkombëtar, është formuar një sistem ndërkombëtar i njësive të sasive fizike.
U vendos të zëvendësohej gjatësia e meridianit dhe masa e një kubi uji me standardet që ruheshin në Byronë e Peshave dhe Masave në Paris, me shpërndarjen e kopjeve në vendet pjesëmarrëse në metrikë. konventë.
Kilogram, për shembull, dukej si një cilindër i bërë nga një aliazh platini dhe iridiumi, i cili në fund gjithashtu nuk u bë një zgjidhje ideale.
Sistemi ndërkombëtar i njësive të sasive fizike SI u formua në vitin 1960. Në fillim përfshinte gjashtësasitë bazë: metra dhe gjatësia, kilogramët dhe masa, koha në sekonda, forca e rrymës në amper, temperatura termodinamike në kelvin dhe intensiteti i dritës në candela. Dhjetë vjet më vonë, atyre iu shtua një tjetër - sasia e një substance, e matur në nishane.
Është e rëndësishme të dihet se të gjitha njësitë e tjera matëse të sasive fizike të sistemit ndërkombëtar konsiderohen derivate të atyre bazë, domethënë mund të llogariten matematikisht duke përdorur sasitë bazë të sistemit SI.
Larg standardeve
Standardet fizike rezultuan të mos ishin sistemi më i besueshëm i matjes. Vetë standardi i kilogramit dhe kopjet e tij sipas vendit krahasohen periodikisht me njëri-tjetrin. Barazimet tregojnë ndryshime në masën e këtyre standardeve, të cilat ndodhin për arsye të ndryshme: pluhur gjatë verifikimit, ndërveprim me stendë ose diçka tjetër. Shkencëtarët i kanë vënë re këto nuanca të pakëndshme për një kohë të gjatë. Ka ardhur koha për të rishikuar parametrat e njësive të sasive fizike të sistemit ndërkombëtar në metrologji.
Prandaj, disa përkufizime të sasive ndryshuan gradualisht: shkencëtarët u përpoqën të largoheshin nga standardet fizike, të cilat në një mënyrë ose në një tjetër ndryshuan parametrat e tyre me kalimin e kohës. Mënyra më e mirë është nxjerrja e sasive në terma të vetive të pandryshueshme, të tilla si shpejtësia e dritës ose ndryshimet në strukturën e atomeve.
Në prag të revolucionit në sistemin SI
Ndryshimet kryesore teknologjike në sistemin ndërkombëtar të njësive të sasive fizike kryhen nëpërmjet votimit të anëtarëve të Byrosë Ndërkombëtare të Peshave dhe Masave në konferencën vjetore. Nëse miratohen, ndryshimet do të hyjnë në fuqi pas disa kohëshmuaj.
E gjithë kjo është jashtëzakonisht e rëndësishme për shkencëtarët, kërkimet dhe eksperimentet e të cilëve kërkojnë saktësinë më të madhe në matje dhe formulime.
Standardet e reja të referencës 2018 do të ndihmojnë në arritjen e nivelit më të lartë të saktësisë në çdo matje në çdo vend, kohë dhe shkallë. Dhe e gjithë kjo pa asnjë humbje në saktësi.
Ripërcaktimi i sasive në sistemin SI
Ka të bëjë me katër nga shtatë sasitë fizike bazë operative. U vendos që të ripërcaktohen sasitë e mëposhtme me njësi:
- kilogram (masë) duke përdorur njësitë e konstantës së Plankut në shprehjen;
- amper (rrymë) me matje karikimi;
- kelvin (temperatura termodinamike) me shprehje njësi duke përdorur konstantën Boltzmann;
- nishan përmes konstantës së Avogadros (sasia e substancës).
Për tre sasitë e mbetura, formulimi i përkufizimeve do të ndryshohet, por thelbi i tyre do të mbetet i pandryshuar:
- metër (gjatësia);
- sekondë (koha);
- candela (intensiteti i dritës).
Ndryshimet me Amp
Çfarë është amperi si një njësi e sasive fizike në sistemin ndërkombëtar SI sot, u propozua në vitin 1946. Përkufizimi ishte i lidhur me forcën e rrymës midis dy përcjellësve në një vakum në një distancë prej një metër, duke specifikuar të gjitha nuancat e kësaj strukture. Pasaktësia dhe matja e rëndë janë dy karakteristikat kryesore të këtij përkufizimi nga këndvështrimi i sotëm.
Në përkufizimin e ri, një amper është një rrymë elektrike e barabartë merrjedha e një numri fiks ngarkesash elektrike për sekondë. Njësia shprehet në ngarkesa elektronike.
Për të përcaktuar amperin e përditësuar, nevojitet vetëm një mjet - e ashtuquajtura pompë me një elektron, e cila është në gjendje të lëvizë elektronet.
Nishan i ri dhe pastërti silikoni 99,9998%
Përkufizimi i vjetër i një nishani lidhet me sasinë e materies së barabartë me numrin e atomeve në një izotop karboni me një masë prej 0,012 kg.
Në versionin e ri, kjo është sasia e një substance që përmbahet në një numër të përcaktuar saktësisht të njësive strukturore të specifikuara. Këto njësi shprehen duke përdorur konstantën Avogadro.
Ka edhe shumë shqetësime për numrin e Avogadro. Për ta llogaritur atë, u vendos të krijohej një sferë e silikonit-28. Ky izotop i silikonit dallohet nga rrjeta e tij e saktë kristalore deri në përsosmëri. Prandaj, numri i atomeve në të mund të numërohet me saktësi duke përdorur një sistem lazer që mat diametrin e një sfere.
Dikush, sigurisht, mund të argumentojë se nuk ka asnjë ndryshim thelbësor midis një sfere silikoni-28 dhe lidhjes aktuale platin-iridium. Si ajo, ashtu edhe substanca tjetër humbet atomet me kalimin e kohës. Humbet, apo jo. Por siliconi-28 po i humbet ato me një ritëm të parashikueshëm, kështu që rregullimet do të bëhen në referencë gjatë gjithë kohës.
Silicon-28 më i pastër për sferën u mor kohët e fundit në SHBA. Pastërtia e tij është 99,9998%.
Dhe tani Kelvin
Kelvin është një nga njësitë e sasive fizike në sistemin ndërkombëtar dhe përdoret për të matur nivelin e temperaturës termodinamike. "Në mënyrën e vjetër" është e barabartë me 1/273, 16pjesë të temperaturës së pikës së trefishtë të ujit. Pika e trefishtë e ujit është një komponent jashtëzakonisht interesant. Ky është niveli i temperaturës dhe presionit në të cilin uji është në tre gjendje njëherësh - "avull, akull dhe ujë".
Përkufizimi i "çalimit në të dyja këmbët" për arsyen e mëposhtme: vlera e kelvinit varet kryesisht nga përbërja e ujit me një raport izotopi të njohur teorikisht. Por në praktikë ishte e pamundur të përftohej ujë me karakteristika të tilla.
Kelvini i ri do të përkufizohet si më poshtë: një kelvin është i barabartë me një ndryshim në energjinë termike me 1,4 × 10−23j. Njësitë shprehen duke përdorur konstantën Boltzmann. Tani niveli i temperaturës mund të matet duke fiksuar shpejtësinë e zërit në sferën e gazit.
Kilogram pa standard
Ne tashmë e dimë se në Paris ekziston një standard i platinit me iridium, i cili në njëfarë mënyre ndryshoi peshën e tij gjatë përdorimit të tij në metrologji dhe sistemin e njësive të sasive fizike.
Përkufizimi i ri i kilogramit është: Një kilogram shprehet si konstante e Planck-ut pjesëtuar me 6,63 × 10−34 m2 · с−1.
Matja e masës tani mund të bëhet në peshoren "vat". Mos lejoni që emri t'ju gënjejë, këto nuk janë peshoret e zakonshme, por energjia elektrike, e cila mjafton për të ngritur një objekt të shtrirë në anën tjetër të peshores.
Ndryshimet në parimet e ndërtimit të njësive të sasive fizike dhe sistemit të tyre në tërësi janë të nevojshme, para së gjithash, në fushat teorike të shkencës. Faktorët kryesorë në sistemin e përditësuartani janë konstante natyrore.
Ky është përfundimi logjik i veprimtarisë shumëvjeçare të një grupi ndërkombëtar shkencëtarësh seriozë, përpjekjet e të cilëve për një kohë të gjatë kishin për qëllim gjetjen e matjeve dhe përkufizimeve ideale të njësive bazuar në ligjet e fizikës themelore.
