Yeniden tasarlanan "Uluslararası Birimler Sistemi"
Dünyayı Ölçmek İçin "Uluslararası Birimler Sistemi"
Günlük hayatımızda çeşitli fiziksel miktarlara maruz kalacağız - yiyecek alırken "kilo" (kalite), giyinirken "beden", randevular için "zaman" ve soğuk algınlığı için "vücut ısısı" tartmamız gerekiyor ... Fiziksel büyüklüklerle uğraşma sürecinde, kütle birimi "kilogram" ve "ton", uzunluk birimi "cm" ve "metre" ve zaman birimi "saniye" ve "yıl" gibi fiziksel büyüklük birimlerine de çok aşina olduk. Sıcaklık birimi "Celsius", "Fahrenheit" ve benzeridir.
Aynı fiziksel miktardaki farklı birimler arasında net bir dönüşüm ilişkisi vardır.Sebze alırken "kg" ve kömür taşırken "ton" kullanırız. Sadece gerçek duruma göre birimleri serbestçe değiştirmemiz gerekir. Bununla birlikte, farklı fiziksel büyüklükler de net bir türetilmiş ilişkiye sahip olabilir (bunun bir dönüştürme ilişkisi olmadığını unutmayın). Örneğin tanıma göre "Newton" kuvvet birimi (fizikte 1 kilogram kütleli bir cismin 1 m / sn² ivme elde etmesi için gereken kuvvet 1 Newton olarak tanımlanır) "kg × m / sn² olarak yazılabilir ", başka bir örnek olarak, tanıma göre" Pascal "basınç birimi (fizikte, 1 m²'lik bir alana 1 Newton'luk bir kuvvet uygulandığında 1 Paskal basınç oluşturacaktır)" kg / m / sn² "olarak yazılabilir. Bu şekilde "Newton" ve "Pascal" "kilogram", "metre" ve "saniye" olarak ifade edilebilir.
Dünyadaki nesneler büyük ve küçüktür ve doğada binlerce fiziksel nicelik vardır, bu da çok çeşitli fiziksel ölçüm birimlerine ve sayısız stile yol açar. Sorunu azaltmak için, ölçüm birimi doğal olarak standartlaştırılmış ve birleştirilmiştir. Tıpkı eski Çin İmparatoru Qin Shihuang gibi, altı krallığı birleştirdikten sonra yaptığı ilk şey, Qin Hanedanlığından "bir taş ve bir ayak ölçüsü, aynı yolda bir araba ve aynı yazıya sahip olmasını" istemekti. 2000'den sonra da benzer şeyler oldu. Modern Fransa.
1960 yılında, Onbirinci Uluslararası Metroloji Konferansı Paris'te düzenlendi. Dünyanın dört bir yanındaki metroloji bilim adamları kararları geçti ve "metre", "kilogram", "ikinci", "amper", "Kelvin" ve "kandela" kullanarak temel nicelikler olarak uzunluk, kütle, zaman, akım, termodinamik sıcaklık ve ışık yoğunluğunun altı fiziksel miktarını kullanmaya karar verdiler. "Temel büyüklüklere karşılık gelen altı temel birim olarak, evrensel bir ölçü birimleri sistemi oluşturulmuş ve" Uluslararası Birimler Sistemi "olarak adlandırılmıştır. On yıl sonra, 1971'deki 14. Uluslararası Metroloji Konferansı'nda, metroloji bilim adamları "madde miktarını" yedinci temel miktar olarak ve "mol" ü yedinci temel birim olarak eklemişlerdir. Bu noktada insanlık için en standardize edilmiş ölçü birimleri sistemi kurulmuştur - dünyadaki tüm fiziksel büyüklükler formüllerle bu yedi temel nicelikten türetilebilir ve tüm ölçü birimleri de yedi temel birimden oluşabilir.
Hatalı "eski yöneticiler"
Çin'de, ölçmek için "Uluslararası Birimler Sistemi" ni kullanmaya alışkınız, ancak "1 kilogram" ne kadar ağır? "1 saniye" ne kadar hızlı? Görünüşte basit olan bu soruları doğru cevaplamak kolay değil, arkasında ölçüm biliminin gelişimi var.
İnsanlar yedi temel birimin boyutunu ilk kez tanımladıklarında, kullanılan yöntem basit ve anlaşılırdı - nispeten kararlı bir nesne bulun veya belirli bir fiziksel fenomene dayalı olarak birimin boyutunu tanımlamak için bir cetvel olarak kullanın.
Örneğin, "metre" uzunluk birimi başlangıçta "doğduğunda", Paris'ten geçen dünya meridyeninin uzunluğunun kırk milyonda biri olarak tanımlandı. Gökbilimciler dünya meridyeninin yay uzunluğunu ölçtükten sonra, Fransızlar bunu ölçüm sonuçlarına göre üretti. Platin iridyum alaşımından yapılmış 30 pirinç prototipi. 1889'daki Birinci Uluslararası Metroloji Konferansı'nda, ölçüm bilimcileri seçildi ve bunlardan birini uluslararası pirinç prototipi olarak kullanarak uzunluğunu "1 metre" olarak tanımladılar. Uluslararası orijinal pirinç enstrümanları, Paris Uluslararası Ağırlık ve Ölçüler Bürosu'nun bodrum katında saklanır.Geri kalan orijinal pirinç enstrümanları, dünyanın dört bir yanındaki ülkelere dağıtılır ve uluslararası orijinal pirinç enstrümanları ile karşılaştırılmak üzere düzenli olarak Paris'e gönderilmesi gerekir. Benzer şekilde, kütle birimi "kilogram" da uluslararası bir orijinal kilogram ile tanımlanır.
Başka bir örnek olarak, zaman birimi "saniye" başlangıçta dünyanın bir kez dönme zamanını 1 gün olarak ayarlar, ardından 1 günü 24 saate, 1 saati 60 dakikaya ve ardından 1 dakikayı 60 saniyeye böler; Sıcaklığı tanımlarken, genellikle Santigrat ölçeği kullanılır.İnsanlar, buz-su karışımının sıcaklığını sıfır Santigrat derece ve standart atmosferik basınç altında kaynayan suyun sıcaklığını 100 Santigrat derece olarak ayarlar ve aralarındaki sıcaklığı 100 parçaya böler. Porsiyon 1 santigrat derece. Santigrat sıcaklık ölçeğini "Kelvin" cinsinden termodinamik sıcaklık ölçeğiyle değiştirdikten sonra, bilim adamları sıcaklık ölçeğinin yalnızca "başlangıç noktasını" değiştirdiler - en uç sıcaklık noktasını (-273,15 ° C) mutlak sıfır olarak ve sıfır Santigrat derecesini 273,15 Kelvin olarak konumlandırarak termodinamik sıcaklık ölçeği Bölme aralığı, Santigrat sıcaklık ölçeğinin aralığı ile tutarlıdır. Akım "amper" birimine gelince, Uluslararası Ölçme ve Ölçme Konferansı bunu şu şekilde tanımlamaktadır: "Vakumda, 1 metrelik ihmal edilebilir kesit alanına sahip iki paralel ve sonsuz uzunlukta düz tel eşit sabit akımla geçirilir. Karşılıklı etkileşim kuvveti 1 metre uzunluğunda 2 × 10-7 Newton olduğunda, her bir teldeki akım 1 amperdir. "
Açıktır ki, bu eski tanımlama yöntemlerinin kendi sorunları vardır. Uluslararası orijinal pirinç ve uluslararası orijinal kilogram uygun şekilde korunsa bile, ısı ile genleşecek ve büzülecek, tozu emecek veya oksidasyon reaksiyonlarına girecek ve uzunlukları ve kalitesi kaçınılmaz olarak zamanla değişecektir. 2011 yılında metroloji bilim adamları, uluslararası orijinal kilogramın kütlesinin orijinal kilogramdan 50 mikrogram daha hafif olduğunu keşfettiler. Dünyanın dönüşüne gelince, hızı sabit değildir ve çeşitli faktörlerden etkilenecektir.Ay üzerinde dünyanın dönüşüne baksanız bile, her dairenin periyodu birkaç milisaniye farklılık gösterecektir. Termodinamik sıcaklık ölçeği, esas olarak bilimsel ve teknolojik araştırma alanında kullanılan bir sıcaklık ölçeğidir, ancak suyun doğasına çok fazla bağlıdır ve kullanım kapsamı sınırlı olacaktır. Amper söz konusu olduğunda, fiziksel tanımının deneylerde doğru bir şekilde sunulması zordur - "sonsuz uzunlukta iki tel ve ihmal edilebilir enine kesit alanı ... bir vakumda 1 metrelik bir mesafede paralel olarak yerleştirilir" ve diğer düzenlemeler ölçüm doğruluğunu sınırlayabilir. .
Temel birimlerin modifikasyonu ve optimizasyonu
"Eski cetvel" tarafından tanımlanan birim kökten sabit değildir. Modern toplumda bilimsel araştırma ve üretimin artan hassasiyet gereksinimleri için kafa karışıklığı ve rahatsızlığa neden olacaktır. Bilim adamları, Uluslararası Birimler Sistemindeki temel birimlerin sabitlenebilmesi ve ebediyen değiştirilmemesi için daha evrensel bir tanımlama yöntemi bulmaya isteklidirler.
İlk düzeltilmesi gereken zaman birimi "saniye" dir. 1967'de 13. Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı, atomik geçişlere dayanan "astronomik saniye" yi "atomik saniye" ile değiştiren ve "ikinci" tanımını sezyum-133 atomunun temel durumunun iki aşırı ince enerji seviyesinden biri olarak değiştiren bir kararı kabul etti. 9192631770, geçişler arası radyasyon süresinin süresinin ". Bu, kuantum fiziğinin enerji geçiş teorisine dayanan daha kesin bir tanımdır. Uzunluk birimi "metre", 1983'teki Onyedinci Uluslararası Metroloji Konferansı'nda yeni tanımlandı: "Metre, (1/299792458) saniyelik bir zaman aralığında bir vakumda yürüyen ışığın uzunluğudur." Bu, Maxwell'in elektromanyetik teorisine ve Einstein'ın 19. yüzyılın sonundaki özel görelilik teorisine dayanmaktadır, ışığın hızını sabit olarak uzunluk tanımı vermek için kullanır.Elbette bu uzunluk tanımı, "ikinci" zaman birimi tanımına dayanmalıdır.
Bu iki temel birimin revizyonundan yola çıkarak, ölçüm birimlerinin doğruluğu, insanlar fizik yasalarına ilişkin anlayışlarını derinleştirdikçe sürekli olarak optimize edilmeye başlandı. İnsanlar atom fiziğinde nicelenmiş enerji seviyelerinin varlığını fark etmemişlerse, enerji seviyesi geçişlerinin belirli frekanslardaki fotonları yayacağını bilemezler ve "saniyeleri" kesin olarak tanımlayamazlar. Görelilik teorisi yoksa, "m" nin kesin bir tanımına sahip olmak imkansızdır. Bu iki tanımdaki değişikliklerden, insanın fizik ve bilim anlayışındaki dünyayı sarsan değişiklikleri hissedebiliriz.
16 Kasım 2018'de 26. Uluslararası Metroloji Konferansı'nda Uluslararası Birimler Sistemi en kapsamlı reformu başlattı. Yedi temel ölçü biriminden dördü kilogram, amper, Kelvin ve mol revize edildi ve yeni tanımlar 20 Mayıs 2019'dan itibaren geçerli olacak. Dört temel birim arasında, "kilogram" Planck sabiti (h) ile tanımlanacak ve yeni "1 kilogram", Planck sabitinin (6.62607015 × 10-34 m² / sn) bölünmesine eşittir. "Amper" elektronik yük ile tanımlanacaktır (e). Yeni "1 amper" 1 / (1.602176634 × 10-19) elektronik şarjın 1 saniyede ürettiği akıma eşittir. "Kelvin", Boltzmann sabiti (kB) ile tanımlanacak ve "mol", yine fiziksel sabitlerle sabit bir şekilde ilişkili olan Avogadro sabiti (NA) ile tanımlanacaktır.
Yeni tanım basit olmasına rağmen çok pratik değil, asıl zorluk yeni tanıma göre "1 kilogram" veya "1 amper" ölçmenin nasıl yapılacağında yatıyor. Ancak, gelişmiş aletlerin yardımıyla, bilim adamlarının zaten bir yolu var. Örneğin, dünyadaki en doğru ölçek, bir nesnenin kütlesini en yüksek doğrulukla ölçmek için kullanılabilir Bu çelik bahçe bir Kibble ölçeğidir. Geleneksel ölçeklerden farklı olarak, Kibble ölçeği, nesnelerin kütlesini akım ve voltaj yoluyla doğru bir şekilde ölçen bir araçtır.Akıllı tasarım sayesinde, nesne kütlesinin ölçümü, elektromanyetik kuvvetin ölçümüne eşdeğer olabilir ve bu elektromanyetik kuvvet Planck sabiti ile ilgili olabilir. Ölçüm sürecinde, Kibble ölçeği fizikte Nobel Ödülü düzeyinde iki bilimsel araştırma kullandı - kuantum Josephson etkisi ve kuantum Hall etkisi. Son olarak, araştırmacı, nesnenin kütlesi ile Planck sabiti arasında orantılı bir ilişki yazabilir ve ardından kütleyi elde etmek için "kilogram" ile Planck sabiti arasındaki dönüşüm ilişkisini formüle koyabilir.
Tabii ki, kaliteye ek olarak, bilim adamları, tek elektronlu pompalar ve akustik termometreler gibi akım ve sıcaklık açısından karşılık gelen gelişmiş araçlar da yarattılar. Uluslararası Birimler Sisteminin bu reformundan sonra insanlık dünyayı daha kesin bir şekilde ölçecek. 16 Kasım 2018'de, görünüşte önemsiz görünen bu günde, insan medeniyetinin sessizce bir anahtar düğümü geçtiği söylenebilir.
