In der Stadt Sèvres südwestlich von Paris, die in einem Tresorraum eingeschlossen ist, für dessen Öffnen drei Schlüssel erforderlich sind, befindet sich ein Kilogramm. Eigentlich ist es das Kilogramm, der internationale Prototyp des Kilogramms (IPK), das Kilogramm, an dem sich alle anderen Kilogramm messen müssen, Le Grand K. Dieser Zylinder aus Platin-Iridium-Legierung befindet sich unter drei Schutzglasglocken in einer temperatur- und feuchtigkeitsgeregelten Umgebung in einem Safe zusammen mit sechs amtlichen Kopien im unterirdischen Gewölbe von Sèvres.
„Wenn Sie es fallen lassen würden, wäre es immer noch ein Kilogramm, aber die Masse der ganzen Welt würde sich ändern“, sagt Stephan Schlamminger, Physiker am Nationalen Institut für Standards und Technologie (NIST) in Gaithersburg, Maryland.
Das IPK kommt etwa alle 40 Jahre aus seinem Tresor heraus, wenn mit dem Barren in Golfballgröße, der seit 1889 per definitionem genau ein Kilogramm schwer ist, Kopien kalibriert werden, die mit Ländern auf der ganzen Welt geteilt werden. Aber es gibt ein Problem. Im Tresorraum des IPK befinden sich sechs Témoins oder „Zeugen“ - die offiziellen Kopien. Im Laufe der Jahre hat sich die Masse der IPK "gewandelt", wie die seltenen Fälle belegen, in denen Le Grand K und seine Zeugen gemessen wurden.
Der internationale Prototyp des Kilogramms (IPK). (Foto mit freundlicher Genehmigung des BIPM) Die meisten Zeugen wiegen jetzt etwas mehr - eine Frage von Mikrogramm oder Millionstel Gramm - als das IPK (obwohl viele der Kopien anfangs massiver waren). Man könnte sagen, dass die IPK an Masse verliert, nur kann man das nicht sagen, weil die IPK unveränderlich und unerschütterlich ein Kilogramm wiegt . Außerdem wissen die Physiker nicht einmal, ob das IPK auf lange Sicht an Masse verliert oder zunimmt, sondern nur, dass es aufgrund nicht wahrnehmbarer Mengen an Material, das sich aus der Luft angesammelt oder beim Wiegen abgerieben oder auf der Oberfläche verschmiert hat, langsam treibt silberne Oberfläche des IPK während eines seiner akribischen Bäder.
Wie Sie sich vorstellen können, bereitet dieses winzige Driften den Wissenschaftlern große Kopfschmerzen - ganz zu schweigen von Branchen, die auf kleine und präzise Massenmessungen angewiesen sind, wie z. B. Pharmaunternehmen.
"Im Moment ist das Kilogramm als die Masse einer bestimmten Sache definiert", sagt Ian Robinson vom National Physical Laboratory (NPL) in Süd-London. "Und wenn das Ding zerstört oder verändert wird oder was auch immer, ist es umständlich."
Eine von NISTs Platin-Iridium-Kopien des IPK, der K92, mit Edelstahl-Kilogramm-Massen im Hintergrund. (Jennifer Lauren Lee / NIST) Glücklicherweise haben die Metrologen der Welt eine Lösung: Definieren Sie das Kilogramm in Form einer natürlichen, universellen Konstante neu. Die meisten Einheiten im Internationalen Einheitensystem (SI) sind bereits nach universellen Konstanten definiert, beispielsweise nach dem Meter, der offiziell die mit Lichtgeschwindigkeit im Vakuum in 1 / 299, 792, 458stel Sekunde zurückgelegte Länge ist. Natürlich beruht diese Definition auf der Sekunde, die als die Dauer von 9.192.631.770 Perioden einer bestimmten Frequenz elektromagnetischer Strahlung (in diesem Fall Mikrowellen) definiert ist, die den Übergang des äußeren Elektrons eines Cäsium-133-Atoms bewirkt (von einem Quant umschalten) Messung von "Spin up" bis "Spin down" oder umgekehrt).
Aber das Kilogramm, die letzte von einem Artefakt definierte Einheit, hat sich bisher hartnäckig einer Neudefinition widersetzt. Am 16. November treffen sich auf der 26. Tagung der Generalkonferenz für Maße und Gewichte Delegierte aus 60 Mitgliedstaaten in Sèvres, um über eine Neudefinition des Kilogramms nach Plancks Konstante abzustimmen - eine Zahl, die die Frequenz einer Lichtwelle mit der Frequenz des Kilogramms in Beziehung setzt Energie eines Photons in dieser Welle. Und laut Richard Davis, einem Physiker des International Bureau of Weights and Measures (BIPM), "erwarten sie eine erhebliche Mehrheit."
(AKTUALISIERUNG: Am 20. Mai 2019 traten die Änderungen des Internationalen Einheitensystems offiziell in Kraft, einschließlich neuer Definitionen für Kilogramm, Ampere, Kelvin und Maulwurf.)
Max Planck und Albert Einstein
1879 wurde das IPK vom Edelmetallunternehmen Johnson Matthey in London gegossen, ein 20-jähriger Max-Planck-Forscher verteidigte seine These zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, und Albert Einstein wurde geboren. Obwohl die beiden Wissenschaftler es im Laufe ihres Lebens nicht wussten, sollte ihre kollektive Arbeit an der grundlegenden Physik der Schwerkraft und der Quantenmechanik die Grundlage für eine Definition des Kilogramms im 21. Jahrhundert legen.
Was ist also Plancks Konstante? "Auf einer fundamentalen Ebene ist es schwer zu sagen", sagt Davis.
Die Plancksche Konstante ist eine sehr kleine Zahl: 6.62607015 x 10 -34, um genau zu sein, wie auf der Sitzung am 16. November offiziell festgelegt wird. Im Jahr 1900 berechnete Max Planck die Anzahl, um Lichtmodelle von Sternen anzupassen und die Energie und Temperatur der Sterne an ihre elektromagnetischen Strahlungsspektren anzupassen (allgemein als Schwarzkörperstrahlung bekannt). Damals deuteten experimentelle Daten darauf hin, dass Energie bei keinem Wert frei fließen kann, sondern in Bündeln oder Quanten enthalten ist - nach denen die Quantenmechanik benannt ist -, und Planck musste einen Wert für diese Bündel berechnen, der zu seinen Schwarzkörper-Strahlungsmodellen passt.
Fünf Nobelpreisträger, von links nach rechts: Walther Nerst, Albert Einstein, Max Planck, Robert Millikan und Max von Laue, versammelten sich 1931 zu einem von Laue veranstalteten Abendessen. (Public Domain) Fünf Jahre später veröffentlichte Albert Einstein seine Relativitätstheorie, die sich in der berühmten Gleichung E = mc 2 (Energie entspricht Masse mal Lichtgeschwindigkeit im Quadrat) ausdrücken lässt Angelegenheit des Universums). Er berechnete auch den theoretischen Wert eines einzelnen, fundamentalen Quants elektromagnetischer Energie - heute bekannt als Photon -, woraus die Planck-Einstein-Beziehung E = h v resultierte. Die Gleichung besagt, dass die Energie eines Photons (E) Plancks Konstante (h) mal der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung entspricht ( v ist das griechische Symbol nu und nicht ein „v“).
„Sie wissen, dass Sie die Energie eines Photons haben, das ist h v, aber Sie wissen auch, dass Sie die Energie einer Masse haben, die mc 2 ist . [Also], E = h v = mc 2 . Genau dort können Sie sehen, wie Sie eine Masse aus h [Planck-Konstante], v [der Wellenfrequenz] und c [der Lichtgeschwindigkeit] erhalten können “, sagt David Newell, Physiker am NIST.
Dies ist jedoch nicht der einzige Ort, an dem Plancks Konstante auftaucht. Die Zahl wird benötigt, um den photoelektrischen Effekt zu beschreiben, auf dem Solarzellen basieren. Es wird auch in Niels Bohrs Modell des Atoms verwendet und kommt sogar im Heisenbergschen Unschärfeverfahren vor.
"Es ist, als würde man sagen, was ist mit Pi?", Sagt Davis. „Was ist Pi? Nun, es ist der Umfang des Kreises geteilt durch den Durchmesser des Kreises. Aber dann taucht Pi überall in der Mathematik auf. Es ist überall. "
Der Schlüssel, der die Plancksche Konstante mit dem Kilogramm verbindet, ist die Einheit, die Joule-Sekunde oder J · s. Die Konstante erhält diese eindeutige Einheit, da die Energie in Joule und die Frequenz in Hertz (Hz) oder Zyklen pro Sekunde gemessen wird. Ein Joule entspricht einem Kilogramm multipliziert mit Quadratmetern geteilt durch Quadratsekunden (kg · m 2 / s 2 ). Mit ein paar geschickten Messungen und Berechnungen kann man also zum Kilogramm kommen.
Aber bevor Sie die Welt davon überzeugen können, die Definition der Standardmasse zu ändern, sollten Ihre Messungen die besten sein, die jemals in der Geschichte der Wissenschaft durchgeführt wurden. Und wie Newell es ausdrückt, "etwas Absolutes zu messen ist verdammt schwer."
Maß für Maß
Wir gehen oft davon aus, dass eine Sekunde eine Sekunde oder ein Meter ein Meter ist. Für den größten Teil der Menschheitsgeschichte waren solche Maße für Zeit, Länge und Masse jedoch eher willkürlich und wurden nach den Launen der örtlichen Bräuche oder Herrscher definiert. Eines der ersten Dekrete, wonach nationale Messungen standardisiert werden müssen, stammt aus der Magna Carta von 1215, in der es heißt:
"Es gebe ein Maß für Wein in unserem ganzen Königreich und ein Maß für Bier und ein Maß für Mais, nämlich" das Londoner Viertel ". und eine Breite für Tücher, ob gefärbt, rostbraun oder hellbraun, nämlich zwei Stück innerhalb der Webkanten. Lass es mit Gewichten genauso sein wie mit Maßen. “
Als die Wissenschaftler nach der Aufklärung begannen, die physikalischen Zwänge des Universums zu entwirren, stellte sich heraus, dass unterschiedliche Maßstäbe ein ernstes Hindernis für die Weiterentwicklung der Spezies darstellten. Wissenschaftler verteilten sich im 18. und 19. Jahrhundert auf der ganzen Welt und maßen alles von der genauen Form der Erde bis zur Entfernung zur Sonne - und jedes Mal musste ein deutscher Feuerzeug (etwa zwei Meter, je nach Region) mit einem englischen verglichen werden Hof (der auch für den größten Teil seiner Existenz variierte), Unsicherheiten und Missverständnisse gab es zuhauf.
Eine Kopie des ersten Messgeräts, versiegelt im Fundament eines Gebäudes in der Rue de Vaugirard 36 in Paris. (Ken Eckert / Wikimedia Commons CC 4.0) Die Franzosen hatten endlich eine Revolution - nicht nur der Politik, sondern auch der Maßnahmen. Als das 18. Jahrhundert zu Ende ging, gab es im Königreich Frankreich schätzungsweise rund eine Viertelmillion verschiedene Einheiten, so dass es unmöglich war, alle im Auge zu behalten. Auf Drängen der verfassunggebenden Nationalversammlung, die sich zu Beginn der Französischen Revolution formierte, machte sich die Französische Akademie der Wissenschaften daran, eine neue Längeneinheit zu schaffen, die das offizielle Maß für das Land werden sollte: den als ein Zehnmillionstel definierten Zähler der Entfernung vom Nordpol zum Äquator.
Bei einer Vermessungsexpedition unter der Leitung der französischen Mathematiker und Astronomen Jean Baptiste Joseph Delambre und Pierre Méchain wurde die Entfernung eines Teils dieser Länge von Dünkirchen nach Barcelona trianguliert, um den neuen Zähler zu berechnen. Die Vermessungsmessungen wurden 1798 abgeschlossen und der neue Standard wurde bald in Frankreich übernommen.
Der Zähler stellte eine grundlegende Maßeinheit dar und definierte den Liter (1.000 Kubikzentimeter) und sogar das Kilogramm (die Masse von einem Liter Wasser). 1875 war die Welt bereit, das metrische System einzuführen, und auf der Messgerätekonvention dieses Jahres unterzeichneten Vertreter von 17 Nationen den Messgerätevertrag, wodurch das Internationale Büro für Maße und Gewichte geschaffen und neue Massen- und Längenstandards eingeführt wurden aus platin-iridium-legierung gegossen, die meter und kilogramm der welt definiert.
Aber als eine Welle von Wissenschaftlern des 20. Jahrhunderts wie Planck und Einstein begann, die Newtonsche Struktur der Physik zu erforschen und anzustacheln, und neue Gesetze zwischen der Weite des Kosmos und den Grundlagen des Atoms entdeckte, musste das Maßsystem entsprechend aktualisiert werden . Bis 1960 wurde das Internationale Einheitensystem (SI) veröffentlicht, und Länder auf der ganzen Welt gründeten Metrologieinstitutionen, um die offiziellen Definitionen unserer sieben Basismaßeinheiten fortlaufend zu verfeinern: Meter (Länge), Kilogramm (Masse), Sekunde (Zeit) ), Ampere (elektrischer Strom), Kelvin (Temperatur), Mol (Stoffmenge) und Candela (Leuchtkraft).
Eine Avogadro-Kugel aus reinen Silizium-28-Atomen. Durch Messen des Volumens der Kugel und des Volumens eines einzelnen Silizium-28-Atoms können Meteorologen die Masse eines einzelnen Atoms in der Kugel messen und so die Anzahl der Atome in einem Mol berechnen, die als Avogadro-Zahl bezeichnet wird verwendet werden, um die Plancksche Konstante zu berechnen. (Foto mit freundlicher Genehmigung des BIPM) Aus diesen Basiseinheiten können alle anderen Einheiten berechnet werden. Die Geschwindigkeit wird in Metern pro Sekunde gemessen und kann in Meilen pro Stunde und andere Geschwindigkeiten umgewandelt werden. Das Volt wird als Stromstärke und Widerstand in Ohm gemessen. und die Definition des Hofes ist jetzt proportional zu 0, 9144 Meter.
Heute, wie im 18. Jahrhundert, steht die Verfeinerung solcher Messungen im Vordergrund der wissenschaftlichen Leistungsfähigkeit. Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass die Neudefinition des Kilogramms Ihr tägliches Leben verändert, sind die endgültigen Auswirkungen der Definition eines genaueren Maßsystems häufig weit verbreitet und tiefgreifend.
Nehmen Sie zum Beispiel die zweite. Seit 1967 basiert die Definition einer Sekunde auf der Frequenz eines Mikrowellenlasers, und ohne diese Präzision wäre die GPS-Technologie nicht mehr möglich. Jeder GPS-Satellit trägt eine Atomuhr, die entscheidend ist, um zu korrigieren, dass die Zeit auf unseren Satelliten infinitesimal, aber messbar langsamer vergeht, wenn sie die Erde mit hoher Geschwindigkeit umkreisen - ein Effekt, der von Einsteins Relativitätstheorie vorhergesagt wird. Ohne die neue Definition könnten wir diese winzigen Sekundenbruchteile nicht korrigieren, und während sie zunahmen, würden GPS-Messungen immer weiter vom Kurs abweichen, sodass alles von Google Maps bis zu GPS-geführter Munition nichts als Science-Fiction ist.
Die Beziehung zwischen dem Zweiten und dem GPS zeigt die grundlegende Verflechtung von Metrologie und Wissenschaft: Fortschrittliche Forschung erfordert und ermöglicht neue Maßstäbe, und diese neuen Maßstäbe ermöglichen wiederum fortgeschrittenere Forschung. Wohin dieser Zyklus letztendlich unsere Spezies führen wird, ist unbekannt, aber nach dem Tod der Messlatte und dem Aussetzen der Sekunde, wie durch einen Bruchteil eines Tages definiert, ist eines klar: Die IPK steht der Guillotine als Nächstes gegenüber.
Die Kibble Balance
Die NIST-4 Kibble-Waage, betrieben vom National Institute of Standards and Technology. Im Gegensatz zu früheren Kibble-Waagen verwendet der NIST-4 ein Unruhrad, das nicht wie ein Balken, sondern wie eine Riemenscheibe funktioniert. Die Waage maß die Plancksche Konstante mit einer Unsicherheit von 13 Teilen pro Milliarde. (Jennifer Lauren Lee / NIST) Die Physiker wissen seit Jahrzehnten, dass das Kilogramm als Plancksche Konstante definiert werden kann, aber erst in jüngster Zeit konnte die Metrologie die Zahl so genau messen, dass die Welt eine neue Definition akzeptieren würde. Bis 2005 begann eine Gruppe von Wissenschaftlern von NIST, NPL und dem BIPM, die Newell als „die fünfköpfige Bande“ bezeichnet, das Thema voranzutreiben. Ihr Papier zu diesem Thema trägt den Titel " Neudefinition des Kilogramms": eine Entscheidung, deren Zeit gekommen ist .
"Ich halte es für einen Meilenstein", sagt Newell. "Es war sehr provokativ - es hat die Leute geärgert."
Eine der Schlüsseltechnologien zur Messung der in der Arbeit identifizierten Planck-Konstante ist eine Wattwaage, die Bryan Kibble 1975 an der NPL erstmals entwarf. (Nach seinem Tod im Jahr 2016 wurde die Wattwaage zu Ehren von Bryan Kibble in Kibble-Waage umbenannt.)
Die Kibble-Waage ist im Grunde genommen die Weiterentwicklung einer Technologie, die mehr als 4.000 Jahre zurückreicht: Waagen. Anstatt einen Gegenstand gegen einen anderen zu wiegen, um die beiden zu vergleichen, können Physiker mit einer Kibble-Waage eine Masse gegen die elektromagnetische Kraft abwägen, die erforderlich ist, um sie hochzuhalten.
„Die Waage funktioniert, indem ein Strom in einem starken Magnetfeld durch eine Spule geleitet wird und dadurch eine Kraft erzeugt wird. Mit dieser Kraft kann das Gewicht einer Masse ausgeglichen werden“, sagt Ian Robinson von NPL, der mit Bryan Kibble zusammengearbeitet hat das erste watt gleicht ab 1976 aus.
Die Waage arbeitet in zwei Modi. Der erste, Wäge- oder Kraftmodus, gleicht eine Masse gegen eine gleiche elektromagnetische Kraft aus. Der zweite Modus, Geschwindigkeits- oder Kalibrierungsmodus, verwendet einen Motor, um die Spule zwischen den Magneten zu bewegen, während sich die Masse nicht im Gleichgewicht befindet, und erzeugt eine elektrische Spannung, die die Stärke des Magnetfelds angibt, die als Maß für die elektrische Kraft ausgedrückt wird. Infolgedessen ist die Kraft der Masse im Wägemodus gleich der im Geschwindigkeitsmodus erzeugten elektrischen Kraft.
Die elektrische Kraft kann dann als Funktion der Planckschen Konstante berechnet werden, dank der Arbeit von zwei Nobelpreisträgern, Brian Josephson und Klaus von Klitzing. Josephson beschrieb 1962 einen quantenelektrischen Effekt in Bezug auf die Spannung, und von Klitzing entdeckte 1980 einen quantenelektrischen Widerstandseffekt. Die beiden Entdeckungen ermöglichen die Berechnung der elektrischen Kraft der Kibble-Waage in Form von Quantenmessungen (unter Verwendung der Planck-Konstante). Dies entspricht wiederum der Masse eines Kilogramms.
Neben der Kibble-Waage geht das Fünferband auf eine andere Methode zur Berechnung der Planck-Konstante ein: die Herstellung von Kugeln aus praktisch reinen Silizium-28-Atomen, den perfektesten runden Objekten, die jemals von der Menschheit hergestellt wurden. Das Volumen und die Masse eines einzelnen Atoms in der Kugel können gemessen werden, wodurch Metrologen und Chemiker die Avogadro-Konstante (die Anzahl der Entitäten ist ein Mol) verfeinern können. Aus der Avogadro-Zahl kann man Plancks über bereits bekannte Gleichungen berechnen.
"Man braucht zwei Möglichkeiten, um sicherzugehen, dass es bei einer einzigen Methode kein verstecktes Problem gibt", sagt Robinson.
Eine weiße Tafel am NIST erklärt, wie eine Kibble-Waage ein mechanisches Maß (das Gewicht eines Kilogramms) mit einem elektrischen Maß (die Kraft des elektrischen Stroms, der zum Halten des Kilogramms erforderlich ist, ausgedrückt als Funktion der Planck-Konstante) gleichsetzen kann. (Jay Bennett) Zur Neudefinition des Kilogramms, einer Änderung, die am 20. Mai 2019 durchgeführt wird, wurden auf der Generalkonferenz für Maße und Gewichte mindestens drei Versuche benötigt, um die Planck-Konstante mit einer Unsicherheit von nicht mehr als 50 ppm zu berechnen Der Wert muss mit einer Unsicherheit von 20 Teilen pro Milliarde berechnet werden. Der internationale Aufwand an Siliziumkugeln ist präzise genug, um eine Unsicherheit von nur 10 Teilen pro Milliarde zu erreichen, und vier Messungen der Kibble-Waage ergaben ebenfalls Werte innerhalb der erforderlichen Unsicherheit.
Und durch all diese Maßnahmen ändert sich viel mehr als das Kilogramm.
Das neue internationale Einheitensystem
Die 26. Tagung der Generalkonferenz für Maße und Gewichte (CGPM) definiert nicht nur das Kilogramm neu, sondern legt einen festen Wert für die Planck-Konstante fest und führt damit die größte Transformation des Internationalen Einheitensystems seit seiner Einführung im Jahr 1960 durch Bisher wurde die Plancksche Konstante ununterbrochen gemessen, mit anderen Messungen auf der ganzen Welt gemittelt und alle paar Jahre eine Liste neuer Werte an Forschungseinrichtungen geliefert.
"Niemand wird die Planck-Konstante messen, sobald diese [Abstimmung] abgelaufen ist, weil ihr Wert definiert worden sein wird", sagt Davis.
Zusätzlich zur Planck-Konstante werden die Avogadro-Konstante, die Elementarladung ( e, die Ladung eines Protons) und der Tripelpunkt von Wasser (die Temperatur, bei der Wasser als Feststoff existieren kann) auf einen festen Wert gesetzt Flüssigkeit oder Gas, definiert als 273, 16 Grad Kelvin oder 0, 01 Grad C).
Indem Wissenschaftler die Planck-Konstante als absoluten Wert festlegen, wenden sie sich von herkömmlichen mechanischen Messungen ab und verwenden eine Reihe von quantenelektrischen Messungen, um unsere grundlegenden Einheiten zu definieren. Sobald die Konstante definiert ist, kann sie verwendet werden, um einen Bereich von Massen von der atomaren bis zur kosmischen Ebene zu berechnen, sodass die IPK nicht mehr in kleinere messbare Teile oder auf enorme Massen skaliert werden muss.
„Wenn Sie ein Artefakt haben, verankern Sie Ihre Waage nur an einer Stelle“, sagt Schlamminger. "Und eine fundamentale Konstante kümmert sich nicht um die Skalierung."
Ian Robinson mit der Mark II Kibble Balance. Mark II wurde vom National Physical Laboratory (NPL) in Großbritannien gebaut und später vom National Research Council (NRC) in Kanada erworben. Dort wurde ein Wert der Planckschen Konstante mit einer Unsicherheit von 9 Teilen pro Milliarde gemessen. (Mit freundlicher Genehmigung von NPL) Der neue Wert für die Plancksche Konstante ändert auch die Definitionen unserer elektrischen Einheiten, wie beispielsweise die Ampere-Definition von 1948. Die Physiker haben lange Zeit die Josephson- und von Klitzing-Effekte verwendet, um elektrische Werte präzise zu berechnen. Diese Messungen können jedoch erst dann Teil des SI sein, wenn eine ihrer Variablen - die Planck-Konstante - ein fester Wert ist.
„Es ist mir immer ein Dorn im Auge, dass ich, wenn ich mein SI-Volt oder mein SI-Ohm haben wollte, das Kilogramm durchgehen musste. Ich musste eine mechanische Einheit durchlaufen, um meine elektrischen Einheiten zu erhalten “, sagt Newell. "Das schien sehr 19. Jahrhundert, und es war."
Jetzt werden die elektrischen Einheiten verwendet, um das Kilogramm zu erhalten.
"Die Leute reden davon, oh, es ist die Neudefinition des Kilogramms, aber ich denke, dass dies tatsächlich einen wichtigen Punkt verfehlt", sagt Schlamminger. "Wir werden diese elektrischen Einheiten wieder in die SI bringen."
Für alle Menschen, für alle Zeiten
Es gibt mehr als ein halbes Dutzend Kibble-Waagen auf der ganzen Welt, und viele Länder von Südamerika bis Asien bauen ihre eigenen - denn sobald Wissenschaftler eine haben, haben sie das Werkzeug, um auf das Kilogramm und viele andere grundlegende Einheiten und Maßnahmen zuzugreifen, die durch definiert sind Natur. Das Kilogramm wird nicht länger auf ein Gewölbe beschränkt sein, auf das nur wenige Zugriff haben, und jeder hat solche Angst, es anzufassen, dass es nur einmal pro halbes Jahrhundert verwendet wird.
"Wir können jetzt die Methode zur Bestimmung der Masse auf der ganzen Welt verbreiten", sagt Robinson.
Für die Wissenschaftler, deren Arbeit von dieser Veränderung betroffen ist, ist das neue Internationale Einheitensystem ein historisches Ereignis.
"Ich mache mir immer noch Sorgen, dass dies alles ein Traum ist, und morgen wache ich auf und es ist nicht wahr", sagt Schlamminger. "Ich denke, dies beendet den Bogen, über den die Menschen vor der Französischen Revolution nachgedacht haben, und die Idee war, Messungen für alle Zeiten für alle Menschen durchzuführen."
Stephan Schlamminger erklärt die Kibble-Balance mit einem funktionierenden Lego-Modell am Nationalen Institut für Standards und Technologie (NIST) in Gaithersburg, Maryland. (Jay Bennett) „Das war einer der Höhepunkte meines Lebens“, sagt Klaus von Klitzing vom Max-Planck-Institut, dessen eigene Konstante durch die neue SI als fester Wert festgeschrieben wird. "Das ist wunderbar. Wir haben die Vereinigung dieser Quanteneinheiten… mit den neuen SI-Einheiten, und daher ist dies eine wunderbare Situation. “
Solche Änderungen an unseren Grundwerten, um das Universum zu beschreiben, kommen nicht oft vor und es ist schwer vorstellbar, wann man wiederkommen wird. Der Zähler wurde 1960 und 1984 neu definiert.
Die zweite wurde 1967 neu definiert. "Nun, das war eine ziemlich revolutionäre Veränderung", sagt Davis. "Menschen für die Ewigkeit hatten die Zeit durch die Rotation der Erde bestimmt, und plötzlich verwandelten wir uns in eine Schwingung in einem Atom aus Cäsium."
Ob die Neudefinition der Sekunde eine grundlegendere Änderung des menschlichen Verständnisses war als die Neudefinition des Kilogramms, ist nicht zu sagen, aber wie die zweite ist das neu definierte Kilogramm zweifellos ein bemerkenswerter Moment für die Weiterentwicklung unserer Spezies.
"Das letzte Artefakt loszuwerden ... das ist die historische Sache", sagt Davis. „Messstandards basieren auf diesen Artefakten, wie jedermann weiß. Ausgrabungen in der Jungsteinzeit zeigen Standards - Standardlängen, Standardmassen -, die kleine Stücke von Stein oder Stein oder so etwas sind. Und so machen es die Leute seit Jahrtausenden, und dies ist das letzte Mal. “
Der SI wird sich wieder ändern, vor allem, um bereits unendlich kleine Unsicherheiten zu reduzieren oder um auf eine andere Wellenlänge des Lichts oder ein chemisches Maß umzuschalten, das etwas genauer ist. In Zukunft können wir dem SI sogar Einheiten für Werte hinzufügen, die wir noch nicht definiert haben. Aber wir werden vielleicht nie wieder das tun, was wir jetzt tun, um das Verständnis unserer Vorfahren hinter uns zu lassen und ein neues Maßsystem anzunehmen.
