Fast 150 Jahre lang wurde das offizielle Gewicht eines Kilogramms durch einen glänzenden Zylinder aus Platin bestimmt, der in einem französischen Gewölbe eingeschlossen war.
Das Kilogramm ist wie der Zähler und der zweite eine der sieben grundlegenden Maßeinheiten (auch bekannt als Internationales Einheitensystem oder metrisches System, kurz "SI"). Diese wurden erstmals im Zählervertrag von 1875 formalisiert . Der beste Weg, sich auf das Gewicht eines Kilogramms zu einigen, bestand damals darin, ein einzelnes Stück Metall zu schmieden und es "Le Grand K." zu nennen. Und seit mehr als einem Jahrhundert wurden alle wissenschaftlichen Skalen auf diesen einen physischen Bezugspunkt kalibriert (mit Kopien, die in einem Dutzend Ländern aufbewahrt wurden).
Aber auch feste Objekte können sich im Laufe der Zeit ändern. Als Le Grand K in den 1980er Jahren gewogen wurde, war es ein paar Mikrogramm leichter, was bedeutete, dass alle hochpräzisen wissenschaftlichen Waagen (nicht die in Ihrem Badezimmer) neu kalibriert werden mussten. Das nennen Nerds einen echten Schmerz in der Masse.
Glücklicherweise waren bereits Teams von Metrologen im Fall (Metrologie ist die Wissenschaft von Gewichten und Maßen) und suchten nach einer universellen Konstante, die einen festen Wert für das Kilogramm erzeugen würde, das jetzt und in einer Million Jahren wahr ist.
Sie hatten bereits eine solche physikalische Lösung für die zweite gefunden, die 1967 von 1 / 86,400stel eines Tages zu etwas viel verwirrenderem, aber konstantem neu definiert wurde. Es sind 9.192.631.770 Schwingungen eines speziellen Mikrowellenstrahls erforderlich, um Atome des Isotops Cäsium-133 auf ein höheres Energieniveau anzuregen. Da sich diese Zahl niemals ändern wird (im Gegensatz zur genauen Länge eines Tages), ist dies Ihre neue Sekunde!
Gleiches gilt für das Messgerät. Anstatt als die Länge eines einzelnen, meterlangen Metallpfostens definiert zu werden, der 1889 geschmiedet wurde, wurde er 1983 neu definiert, da sich das Distanzlicht im Vakuum in 1 / 299,792,458stel Sekunde bewegt.
Erst 2017 einigten sich Wissenschaftler des US-amerikanischen Nationalen Instituts für Standards und Technologie (NIST) und ähnlicher Einrichtungen weltweit auf eine universelle Konstante für das Kilogramm. Die Errungenschaft erforderte die Lösung eines der schwierigsten physikalischen Probleme des letzten Jahrhunderts, wobei ein numerischer Wert für die Plancksche Konstante ermittelt wurde.
Ohne zu technisch zu werden ( das können Sie hier tun ), hat der Physiker Max Planck 1900 bewiesen, dass Materie Energie in diskreten Stücken freisetzt, die als "Quanten" bezeichnet werden. Seine Gleichung zur Messung dieser Energiepakete enthielt eine Konstante namens h , die bisher als Plancksche Konstante bekannt war. Dank Einstein wissen wir, dass Energie und Masse mathematisch zusammenhängen, und die Physiker haben herausgefunden, dass die Plancksche Konstante (eine feste Energieeinheit) die weltweit genaueste Messung der Masse liefern kann.
Die Berechnung des genauen Werts der Planckschen Konstante dauerte Jahrzehnte und einige ernsthafte technologische Innovationen (insbesondere ein geschicktes Gerät namens Kibble Balance ), aber jetzt wissen selbst abgelenkte Kindergärtner, dass die Plancksche Konstante 6,626070150 × 10 -34 kg⋅m 2 / s beträgt. Ich meine, duh.
Mitte November stimmten Vertreter aus mehr als 60 Ländern auf der Jahrestagung des Internationalen Büros für Gewichte und Maße (BIPM) in Versailles, Frankreich, einer neuen und immerwährenden Definition des Kilogramms zu, die von der Planck-Konstante berechnet wird. Kein Stück Metall mehr - die Masse des Kilogramms ist jetzt an Plancks Konstante gebunden. Neue Definitionen wurden auch für SI-Einheiten Ampere (elektrischer Strom), Kelvin (Temperatur) und Mol (Anzahl der Moleküle oder Atome in einem Element) angekündigt . Diese neuen Definitionen wurden am 20. Mai 2019 wirksam.
Der ursprüngliche Platin-Kilogramm-Prototyp wird in diesem unterirdischen französischen Gewölbe verbleiben, während unzählige Generationen von Wissenschaftlern mit dem Kilogramm 2.0 lebensverändernde Entdeckungen machen.
Das ist cool
Jon Pratt, einer der Chefmetrologen am NIST, ließ sich die Planck-Konstante tätowieren , um den Erfolg von 2017 zu feiern.
