In einem Gewölbe eingeschlossen, für das drei Schlüssel erforderlich sind, befindet sich in der Stadt Sèvres im Südwesten von Paris 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 sitzt unter drei Schutzglasglocken in einer temperatur- und feuchtigkeitsgesteuerten Umgebung in einem Tresor mit sechs offiziellen Exemplaren im unterirdischen Gewölbe von Sèvres.

"Wenn Sie es fallen lassen würden, wäre es immer noch ein Kilogramm, aber die Masse der Welt würde sich ändern", sagt Stephan Schlamminger, Physiker am National Institute of Standards und Technology (NIST) in Gaithersburg, Maryland.

Das IPK tritt nur etwa alle 40 Jahre aus seinem Tresorraum heraus, wenn der Golfballgroße Barren genau ein Kilogramm ist per Definition wird seit 1889 zum Kalibrieren von Kopien verwendet, die mit Ländern auf der ganzen Welt geteilt werden. Aber es gibt ein Problem. Im Tresor mit dem IPK sind sechs Témoinsoder "Zeugen" – die offiziellen Kopien. Im Laufe der Jahre, wie die seltenen Gelegenheiten zeigen, wann Le Grand K und seine Zeugen wurden gemessen, die Masse des IPK "driftete".

IPK

Der internationale Prototyp des Kilogramms (IPK).

(Foto mit freundlicher Genehmigung des BIPM)

Die meisten Zeugen wiegen jetzt etwas mehr – eine Angelegenheit von Mikrogramm oder Millionstel Gramm – als das IPK (obwohl viele der Kopien anfangs massiver waren). Man könnte sagen, dass das IPK an Masse verliert, nur das kann man nicht sagen, denn das IPK ist unveränderlich und unerschütterlich ein Kilogramm. Außerdem wissen die Physiker nicht einmal, ob der IPK langfristig an Masse verliert oder an Masse zunimmt, nur dass er langsam driftet, weil nicht wahrnehmbare Mengen an Material aus der Luft aggregiert oder während des Wiegens abgerieben oder verschmiert werden silbrige Oberfläche des IPK während eines seiner akribischen Bäder.

Wie Sie sich vorstellen können, bereitet dieses winzige Driften den Wissenschaftlern viele Kopfschmerzen – ganz zu schweigen von Branchen, die sich auf kleine und genaue Massenmessungen verlassen, wie etwa Pharmaunternehmen.

"Momentan wird das Kilogramm als Masse einer bestimmten Sache definiert", sagt Ian Robinson vom National Physical Laboratory (NPL) in Süd-London. "Und wenn das Ding zerstört oder verändert wird, ist es unangenehm."

Kilogrammmassen

NISTs Platin-Iridium-Kopie des IPK, der K92, mit Edelstahl-Kilogramm-Massen im Hintergrund.

(J. Lee / NIST)

Glücklicherweise haben die Metrologen der Welt eine Lösung: Definieren Sie das Kilogramm in Bezug auf eine natürliche, universelle Konstante. Die meisten Einheiten des Internationalen Einheitssystems (SI) sind bereits nach universellen Konstanten definiert, wie z. B. dem Meter, das offiziell die mit Lichtgeschwindigkeit im Vakuum in 1 / 299.792.458 Sekunden geflogene Länge ist. Natürlich bezieht sich diese Definition auf die zweite, die als Dauer von 9.192.631.770 Perioden einer bestimmten Frequenz elektromagnetischer Strahlung (in diesem Fall Mikrowellen) definiert wird, die das äußere Elektron eines Cäsium-133-Atoms verursacht Übergang (Wechseln Sie von einer Quantenmessung von „Spin Up“ zu „Spin Down“ oder umgekehrt).

Aber das Kilogramm, die letzte durch ein Artefakt definierte Einheit, hat sich hartnäckig der Neudefinition widersetzt – bis jetzt. Auf der 26. Tagung der Allgemeinen Konferenz für Maße und Gewichte werden am 16. November Delegierte aus 60 Mitgliedstaaten in Sèvres zusammenkommen, um abzustimmen, um das Kilogramm gemäß der Planck'schen Konstante neu zu definieren – eine Zahl, die die Häufigkeit einer Lichtwelle mit der Wellenlänge in Beziehung setzt Energie eines Photons in dieser Welle. Richard Davis, Physiker des International Bureau of Weight and Measures (BIPM), zufolge, "erwarten sie eine erhebliche Mehrheit."

Max Planck und Albert Einstein

1879 wurde das IPK vom Londoner Edelmetallunternehmen Johnson Matthey gegossen, ein 20-jähriger Max Planck verteidigte seine These Zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und Albert Einstein wurde geboren. Obwohl die beiden Wissenschaftler es im Laufe ihres Lebens nicht wussten, würde ihre gemeinsame Arbeit an der grundlegenden Physik der Schwerkraft und der Quantenmechanik den Grundstein für eine Definition des Kilogramms des 21. Jahrhunderts legen.

Was ist also die Konstante von Planck? "Grundsätzlich ist es schwer zu sagen", sagt Davis.

Die Planck-Konstante ist eine sehr kleine Zahl: 6.62607015 x 10-34Um genau zu sein, wie auf der Sitzung vom 16. November offiziell festgelegt. Im Jahr 1900 berechnete Max Planck die Anzahl, um sich den Modellen von Licht anzupassen, die von Sternen stammen, und die Energie und Temperatur der Sterne an das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung (zusammen als Schwarzkörperstrahlung bezeichnet) anzupassen. Experimentelle Daten deuteten damals darauf hin, dass Energie zu keinem Wert frei fließen kann, sondern in Bündeln oder enthalten ist Quanten– von denen die Quantenmechanik ihren Namen hat – und Planck musste einen Wert für diese Bündel berechnen, um in seine Strahlungsmodelle für schwarze Körper zu passen.

Einstein und Planck

Fünf Nobelpreisträger von links nach rechts: Walther Nerst, Albert Einstein, Max Planck, Robert Millikan und Max von Laue versammelten sich 1931 zu einem Abendessen von von Laue.

(Public Domain)

DasFünf Jahre später veröffentlichte Albert Einstein seine Theorie der speziellen Relativitätstheorie, die als infame Gleichung E = mc ausgedrückt werden sollte2 (Energie ist Masse mal Quadratzielgeschwindigkeit, eine Epiphanie, in der Energie grundsätzlich in die Materie des Universums eingebunden ist). Er berechnete auch den theoretischen Wert eines einzelnen fundamentalen Quants der elektromagnetischen Energie – jetzt Photon genannt -, das zu der Planck-Einstein-Beziehung führte, E = hv. Die Gleichung besagt, dass die Energie eines Photons (E) der Planckschen Konstanten (h) mal der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung (v, Welches ist das griechische Symbol nu anstatt eines "v").

„Du weißt, dass du die Energie eines Photons hast, das ist hv, aber Sie wissen auch, dass Sie die Energie einer Masse haben, die mc ist2. [So], E = hv = mc2. Dort können Sie sehen, wie Sie eine Masse von h bekommen [Planck’s constant]. v [the wave frequency] und C [the speed of light]“, Sagt David Newell, Physiker am NIST.

Aber das ist nicht der einzige Ort, an dem Plancks Konstante auftaucht. Diese Zahl wird benötigt, um den photoelektrischen Effekt zu beschreiben, auf dem Solarzellen basieren. Sie wird auch in Niels Bohrs Atommodell verwendet und erscheint sogar im Heisenbergschen Unschärferprinzip.

"Es ist so, 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 Plancks Konstante mit dem Kilogramm verbindet, ist seine Einheit, die Joule-Sekunde oder Js. Die Konstante erhält diese einzigartige Einheit, da die Energie in Joule gemessen wird und die Frequenz in Hertz (Hz) oder Zyklen pro Sekunde gemessen wird. Eine Joule ist ein Kilogramm multipliziert mit Quadratmeter multipliziert mit Sekunden (kg · m)2/ s2), so kann man mit ein paar cleveren Messungen und Berechnungen das Kilogramm erreichen.

Aber bevor Sie die Welt davon überzeugen können, die Definition der Standardeinheit der Masse zu ändern, sollten Ihre Messungen besser die besten sein, die jemals in der Wissenschaftsgeschichte gemacht wurden. Und wie Newell es ausdrückt: "Etwas absolut zu messen ist verdammt schwer."

Maß für Maß

Wir gehen oft davon aus, dass eine Sekunde eine Sekunde oder ein Meter pro Meter ist. Für den Großteil der Menschheitsgeschichte waren solche Zeit-, Längen- und Massenmaße jedoch eher willkürlich, je nach den Launen der lokalen Sitten oder Herrscher. Eines der ersten Dekrete, dass nationale Messungen standardisiert werden müssen, stammte 1215 von der Magna Carta, in der es heißt:

"Es gibt 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, rostfrei oder Halberget, nämlich zwei Zellen innerhalb der Webkanten. Lass es mit den Gewichten genauso sein wie mit den Maßen. “

Als die Wissenschaftler nach der Aufklärung begannen, die physischen Zwänge des Universums zu lösen, stellte sich heraus, dass unterschiedliche Maßstäbe die Entwicklung der Art erheblich behinderten. Wissenschaftler verbreiteten sich im 18. und 19. Jahrhundert auf der ganzen Welt und maßen alles von der exakten Form der Erde bis zur Entfernung zur Sonne – und jedes Mal ein Deutscher Lachter (je nach Region etwa zwei Meter) mit einer englischen Werft verglichen werden (die auch größtenteils unterschiedlich war), gab es zahlreiche Unsicherheiten und Missverständnisse.






Eine Kopie der ersten Meter-Norm, versiegelt im Fundament eines Gebäudes in der Rue de Vaugirard 36, Paris.

(Ken Eckert / Wikimedia Commons CC 4.0)

Die Franzosen hatten schließlich eine Revolution – nicht nur der Politik, sondern auch der Maßnahmen. Gegen Ende des 18. Jahrhunderts hatte das Königreich Frankreich schätzungsweise etwa eine viertel Million Einheiten, was es unmöglich macht, alle zu verfolgen. Von der Nationalen Konstituierenden Versammlung, die sich zu Beginn der Französischen Revolution gebildet hatte, drängte sich die französische Akademie der Wissenschaften auf die Schaffung einer neuen Längeneinheit, die zur offiziellen Maßnahme für das Land werden sollte: der Zähler, der als zehnmillionster definiert wird der Entfernung vom Nordpol zum Äquator.

Eine von französischen Mathematikern und Astronomen Jean Baptiste Joseph Delambre und Pierre Méchain geleitete Vermessungsexpedition hat die Entfernung eines Teils dieser Länge von Dünkirchen bis Barcelona dreieckig gemacht, um den neuen Meter zu berechnen. Die Vermessungsmessungen wurden 1798 abgeschlossen, und der neue Standard wurde bald in Frankreich eingeführt.

Der Zähler stellte eine grundlegende Maßeinheit dar und definierte den Liter (1.000 Kubikzentimeter) und sogar das Kilogramm (die Masse eines Liters Wasser). Bis 1875 war die Welt bereit, das metrische System zu übernehmen, und auf der Meter Convention des gleichen Jahres unterzeichneten Vertreter von 17 Nationen den Vertrag des Meters, um das Internationale Büro für Maße und Maße zu schaffen und um neue Maßstäbe für Masse und Länge festzulegen gegossen in platin-iridium-legierung, die den Meter und das Kilogramm für die Welt definiert.

Als jedoch eine Welle von Wissenschaftlern wie Planck und Einstein im 20. Jahrhundert anfing, die Newtonsche Struktur der Physik zu erforschen und neue Gesetze innerhalb der Weite des Kosmos und der Grundlagen des Atoms zu entdecken, 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 Basismengeneinheiten kontinuierlich zu verfeinern: Meter (Länge), Kilogramm (Masse), Sekunde (Zeit) ), Ampere (elektrischer Strom), Kelvin (Temperatur), Mol (Substanzmenge) und Candela (Helligkeit).






Eine Avogadro-Kugel aus reinem Silizium (28 Atome). Durch Messen des Volumens der Kugel und des Volumens eines einzelnen Silicium-28-Atoms können Meteorologen die Masse eines einzelnen Atoms in der Kugel messen, wodurch eine Methode zur Berechnung der Anzahl der Atome in einem Mol, die als Avogadro-Zahl bezeichnet wird, bereitgestellt wird verwendet werden, um die Planck-Konstante zu berechnen.

(Foto mit freundlicher Genehmigung des BIPM)

Von diesen Basiseinheiten können alle anderen Einheiten berechnet werden. Die Geschwindigkeit wird in Metern pro Sekunde gemessen und kann in MPH und andere Geschwindigkeiten umgerechnet werden. das Volt wird als Stromstärke und Widerstand in Ohm gemessen; und die Definition der Werft 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 Ihren Alltag verändert, sind die endgültigen Auswirkungen der Definition eines genaueren Maßsystems oft weit verbreitet und tiefgreifend.

Nehmen Sie zum Beispiel den zweiten. Seit 1967 basiert die Definition einer Sekunde auf der Frequenz eines Mikrowellenlasers. Ohne diese Präzision wäre die GPS-Technologie nicht möglich. Jeder GPS-Satellit trägt eine Atomuhr, die entscheidend ist, um die Tatsache zu korrigieren, dass die Zeit unendlich klein, aber messbar ist Langsamer auf unseren Satelliten, wenn sie die Erde mit hohen Geschwindigkeiten umkreisen – ein Effekt, den Einsteins Relativitätstheorie vorhersagt. Ohne die neue Definition könnten wir diese winzigen Sekundenbruchteile nicht korrigieren. Mit zunehmendem Wachstum würden GPS-Messungen immer weiter vom Kurs abdriften und alles von Google Maps zu GPS-geführter Munition lediglich zu Science-Fiction machen.

Die Beziehung zwischen dem zweiten und dem GPS zeigt die grundlegende Verschränkung von Metrologie und Wissenschaft: Fortschreitende Forschung erfordert und erlaubt neue Maßstäbe, und diese neuen Maßstäbe erlauben wiederum eine fortgeschrittenere Forschung. Wohin dieser Zyklus letztendlich unsere Spezies führen wird, ist nicht bekannt, aber nach dem Tod des Meterbars und dem Abbruch des zweiten, wie durch einen Bruchteil eines Tages definiert, ist eines klar: Der IPK ist neben der Guillotine.

Die Kibble Balance

NIST-4 "src =" https://public-media.smithsonianmag.com/filer/74/cb/74cb62a7-c67a-4a79-b80d-48ab564f2756/nist_4_watt_balance2.jpg "style =" max-height: 1882px;

Die NIST-4-Kibble-Waage, die vom National Institute of Standards und Technology betrieben wird. Im Gegensatz zu früheren Kibble-Waagen verwendet der NIST-4 ein Unruh, das wie eine Rolle anstatt eines Balkens funktioniert. Der Rest maß Plancks Konstante auf eine Unsicherheit von 13 Teilen pro Milliarde.

(J. Lee / NIST)

Physiker wissen seit Jahrzehnten, dass das Kilogramm als Planck'sche Konstante definiert werden kann. Erst in letzter Zeit hatte sich die Messtechnik jedoch so weit entwickelt, dass die Zahl so genau gemessen werden konnte, dass die Welt eine neue Definition akzeptieren würde. Im Jahr 2005 begann eine Gruppe von Wissenschaftlern aus NIST, NPL und dem BIPM, die Newell "die Fünferbande" nennt, das Problem zu forcieren. Ihr Artikel zu diesem Thema trägt den Titel Neudefinition des Kilogramms: eine Entscheidung, deren Zeit gekommen ist.

"Ich halte es für ein Meilensteinpapier", sagt Newell. "Es war sehr provokativ – es ärgerte die Leute."

Eine der Schlüsseltechnologien zur Messung der in der Zeitung identifizierten Planck-Konstante ist eine Watt-Balance, die 1975 von Bryan Kibble bei NPL konzipiert wurde. (Nach seinem Tod im Jahr 2016 wurde die Watt-Balance zu Ehren von Bryan Kibble in Kibble-Balance umbenannt.)

Die Kibble-Balance ist in grundlegender Weise die Entwicklung einer Technologie, die mehr als 4000 Jahre alt ist: Balance-Skalen. Anstatt ein Objekt gegen ein anderes zu wiegen, um die beiden zu vergleichen, ermöglicht eine Kibble-Waage dem Physiker, eine Masse gegen die elektromagnetische Kraft zu wiegen, die erforderlich ist, um das Objekt aufrecht zu erhalten.

"Die Waage arbeitet, indem in einem starken Magnetfeld ein Strom durch eine Spule geleitet wird. Dadurch wird eine Kraft erzeugt, und Sie können diese Kraft verwenden, um das Gewicht einer Masse auszugleichen", sagt Ian Robinson von NPL, der mit Bryan Kibble zusammengearbeitet hat Die erste Wattbilanz seit 1976.

Die Waage arbeitet in zwei Modi. Beim ersten Wiege- oder Kraftmodus wird eine Masse gegen eine gleiche elektromagnetische Kraft abgeglichen. Im zweiten Modus (Geschwindigkeits- oder Kalibrierungsmodus) wird die Spule mit einem Motor zwischen den Magneten bewegt, während sich die Masse nicht auf der Waage befindet, wodurch eine elektrische Spannung erzeugt wird, die die Stärke des Magnetfelds angibt, ausgedrückt als Maß für die elektrische Kraft. Folglich ist die Kraft der Masse im Wiegemodus gleich der im Geschwindigkeitsmodus erzeugten elektrischen Kraft.

Die elektrische Kraft kann dann in Abhängigkeit von der Planckschen Konstante berechnet werden, dank der Arbeit der beiden Physiker, die mit Nobelpreisträgern ausgezeichnet wurden, Brian Josephson und Klaus von Klitzing. 1962 beschrieb Josephson einen quantenelektrischen Effekt in Bezug auf die Spannung, und von Klitzing zeigte 1980 einen Quanteneffekt des Widerstands. Die beiden Entdeckungen ermöglichen es, die elektrische Kraft der Kibble-Waage anhand von Quantenmessungen (unter Verwendung der Planck-Konstanten) zu berechnen. , was wiederum der Masse eines Kilogramms entspricht.

Neben der Kibble-Balance befasst sich die fünfköpfige Gruppe mit einer anderen Methode, um die Plancksche Konstante zu berechnen. Dazu werden praktisch reine Silizium-28-Atome gebildet, die perfekt runden Gegenstände, die jemals von der Menschheit geschaffen wurden. Das Volumen und die Masse eines einzelnen Atoms in der Kugel können gemessen werden, sodass Metrologen und Chemiker die Avogadro-Konstante verfeinern können (die Anzahl der Entitäten beträgt einen Mol), und aus der Avogadro-Zahl kann man die Planck-Gleichung über bereits bekannte Gleichungen berechnen.

"Sie benötigen zwei Möglichkeiten, um das Vertrauen zu gewinnen, dass es bei einer einzelnen Methode kein verstecktes Problem gibt", sagt Robinson.

White Board "src =" https://public-media.smithsonianmag.com/filer/e7/52/e752061b-457b-4d53-ad8f-2e69bb683543/img_20181016_104927.jpg "style =" max-height: 2406px;

Eine weiße Tafel an der NIST erläutert, wie eine Kibble-Waage ein mechanisches Maß (das Gewicht eines Kilogramms) mit einem elektrischen Maß (die Kraft des elektrischen Stroms, die zum Halten des Kilogramms erforderlich ist, ausgedrückt als Planck-Konstante) gleichsetzen kann.

(Jay Bennett)

Um das Kilogramm neu zu definieren, eine Änderung, die am 20. Mai 2019 impliziert wird, erforderte die Generalkonferenz für Maße und Maße mindestens drei Experimente, um die Planck-Konstante mit einer Unsicherheit von nicht mehr als 50 Teile pro Milliarde zu berechnen die den Wert bis zu einer Unsicherheit von 20 Teilen pro Milliarde berechnen muss. Die Anstrengungen im internationalen Siliziumbereich sind genau genug, um eine Unsicherheit von nur 10 Teilen pro Milliarde zu erreichen, und vier Messungen der Kibble-Balance liefern ebenfalls Werte innerhalb der erforderlichen Unsicherheit.

Und als Ergebnis all dieser Maßnahmen ändert sich viel mehr als nur das Kilogramm.

Das neue internationale Einheitensystem

Die 26. Tagung der Generalkonferenz für Maße und Gewichte (CGPM) legt nicht nur das Kilogramm neu fest, sondern setzt auch einen festen Wert für die Planck-Konstante und führt damit die größte Umwandlung des Internationalen Einheitssystems seit seiner Gründung im Jahr 1960 durch Zuvor wurde die Plancksche Konstante kontinuierlich gemessen, mit anderen Messungen auf der ganzen Welt gemittelt, und alle paar Jahre wurde eine Liste neuer Werte an Forschungseinrichtungen geliefert.

„Niemand wird die Planck-Konstante einmal messen [vote] ist bestanden, weil der Wert definiert worden ist ", sagt Davis.

Neben der Planck-Konstante wird die Avogadro-Konstante ebenso wie die Elementarladung auf einen festen Wert gesetzt (e, die Ladung eines Protons) und der Tripelpunkt von Wasser (die Temperatur, bei der Wasser als Feststoff, Flüssigkeit oder Gas vorliegen kann, definiert als 273,16 Grad Kelvin oder 0,01 Grad C).

Indem die Planck-Konstante als absoluter Wert festgelegt wird, wenden sich Wissenschaftler von konventionellen 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 Massenbereich von der atomaren Ebene bis zur kosmischen Ebene zu berechnen, sodass der IPK in kleinere messbare Teile oder bis zu enormen Massen reduziert werden muss.

„Wenn Sie ein Artefakt haben, verankern Sie Ihre Waage nur an einer Stelle“, sagt Schlamminger. "Und eine grundlegende Konstante interessiert sich nicht für die Skala."

Mark II Kibble Balance "src =" https://public-media.smithsonianmag.com/filer/a7/14/a714b9bb-ad55-496e-b682-aa81621b254e/ian-robinson-kibble-balance.jpg "style =" max Höhe: 408px;

Ian Robinson mit der Mark II Kibble Balance. Mark II wurde vom National Physical Laboratory (NPL) im Vereinigten Königreich errichtet und später vom National Research Council (NRC) in Kanada erworben, wo es verwendet wurde, um einen Wert der Planck-Konstante mit einer Unsicherheit von 9 Teilen pro Milliarde zu messen.

(Mit freundlicher Genehmigung von NPL)

Der neue Wert für die Planck-Konstante ändert auch die Definitionen unserer elektrischen Einheiten, wie beispielsweise die Definition des Ampere von 1948. Physiker haben die Josephson- und von Klitzing-Effekte seit langem verwendet, um elektrische Werte präzise zu berechnen, aber diese Messungen können nicht Teil der SI sein, bis eine ihrer Variablen – die Planck-Konstante – ein fester Wert ist.

„Es hat mich immer sehr geärgert, dass ich, wenn ich mein SI-Volt oder mein SI-Ohm haben wollte, das Kilogramm durchlaufen musste. Ich musste eine mechanische Einheit durchforsten, um meine elektrischen Einheiten zu bekommen “, sagt Newell. "Das schien sehr 19. Jahrhundert zu sein, und das war es auch."

Jetzt werden die elektrischen Einheiten verwendet, um das Kilogramm zu erhalten.

"Die Leute reden darüber, ach es ist die Neudefinition des Kilogramms, aber ich denke, dass dies einen wichtigen Punkt vermisst", 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 auf – denn wenn Wissenschaftler einmal eine haben, haben sie das Werkzeug, um auf das Kilogramm und viele andere grundlegende Einheiten und Maßnahmen zuzugreifen Natur. Das Kilogramm wird sich nicht mehr auf ein Gewölbe beschränken, in dem nur wenige das Privileg haben, darauf zuzugreifen, und jeder hat so große Angst davor, es anzufassen, dass es nicht einmal pro halbes Jahrhundert benutzt wird.

"Es bedeutet jetzt, dass wir die Art der Massenbestimmung auf der ganzen Welt verbreiten können", sagt Robinson.

Für die Wissenschaftler, die von dieser Änderung betroffen sind, 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 das stimmt nicht", sagt Schlamminger. "Ich denke, damit ist der Bogen beendet, über den die Menschen vor der Französischen Revolution nachgedacht haben. Die Idee war, Messungen für alle Zeiten für alle Menschen zu haben."

Lego Balance "src =" https://public-media.smithsonianmag.com/filer/37/61/37616994-b1d5-471d-870c-d6a126a67ce1/img_20181016_104302-1.jpg "style =" max-height: 1639px;

Stephan Schlamminger erklärt die Kibble-Balance mit einem funktionierenden Lego-Modell am National Institute of Standards und Technology (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 festgehalten wird. "Das ist wunderbar. Wir haben die Vereinigung dieser Quanteneinheiten… mit den neuen SI-Einheiten, und daher ist dies eine wunderbare Situation. “

Solche Änderungen unserer grundlegenden Werte zur Beschreibung des Universums kommen nicht oft vor, und es ist schwer vorstellbar, wann eines erneut auftritt. Das Messgerät wurde 1960 und dann 1984 neu definiert.

Die zweite wurde 1967 neu definiert. "Nun, das war eine ziemlich revolutionäre Änderung", sagt Davis. "Die Menschen für die Ewigkeit hatten die Zeit durch die Rotation der Erde erzählt, und plötzlich verwandelten wir uns in eine Schwingung in einem Cäsiumatom."

Ob die Neudefinition der zweiten eine grundlegendere Veränderung 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 in der Entwicklung unserer Spezies.

"Das letzte Artefakt loswerden … das ist die historische Sache", sagt Davis. „Die Messstandards basieren auf diesen Artefakten, denn jeder weiß es. Ausgrabungen aus der Jungsteinzeit zeigen Standards – Standardlängen, Standardmassen -, die kleine Stücke von Hornstein oder Stein oder etwas sind. Und so haben die Leute das seit Jahrtausenden gemacht, und das ist das letzte. "

Der SI wird sich wieder ändern, vor allem, um bereits unendlich kleine Unsicherheiten zu reduzieren oder auf eine andere Wellenlänge des Lichts oder eine chemische Messung umzuschalten, die noch etwas genauer ist. In der Zukunft können wir dem SI sogar Einheiten für Werte hinzufügen, deren Definition wir noch nicht gedacht haben. Aber wir dürfen nie wieder das tun, was wir jetzt tun, um das Verständnis unserer Vorfahren hinter sich zu lassen und ein neues Maßsystem zu ergreifen.

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