RIP Kilogrammet, vilket aldrig kommer att bli detsamma igen

De flesta vet hur mycket ett pund väger - 16 gram. Den världsliga bland oss ​​kanske vet att ett kilo är 2,2 pund - eller 1000 gram. Men gör vi det verkligen vet vad dessa siffror betyder? Att komma överens om måttenheter är mycket mer komplicerat än det kan tyckas, och det sätt på vilket människor överens om vikter runt om i världen håller på att förändras helt.

I över ett sekel har världsstandarden för kilot varit den internationella prototypen av kilogrammet, en cylinder av platina och iridium, som lagras hos presidiet International des Poids et Mesures i Frankrike. BIPM är en internationell organisation som hjälper till att standardisera internationell vetenskap och handel genom att upprätta standarder för mätningar som vi alla kan komma överens om. Det är därför som BIPM har IPK: Utan den här tunga cylindern skulle världen inte ha ett standard kilogram för att bestämma vad ett kilo väger. Kopior av IPK (ibland kärleksfullt kallad Le Grand K) har distribuerats runt om i världen, så medlemsländerna kan behålla standarden, och var 40: e år mäts IPK för att se till att det fortfarande är ett kilo. Nya mätningar har dock visat att massorna av dessa Grand Ks är divergerande, vilket kan stava kaos för handel, vetenskap och eventuellt sådana känsliga områden som raketryck, där beräkningar måste vara exakta.

Det här systemet kan låta bisarrt och arkaiskt, men det finns en bra anledning till att världen har använt denna referensvikt i så många år: Det är verkligen svårt att ta reda på vad ett kilogram är på något annat sätt. Här är varför.

Medan vi kanske tror att olika måttenheter är deras egna naturlagar, definieras i förhållande till varandra - till exempel en dag är 24 timmar och en timme är 60 minuter och en minut är 60 sekunder - sanningen är att enheter av mätning har historiskt definierats i form av ett konkret fenomen i världen. I metrologi är mätning av dessa betongfenomen kända som artefakter.

Som rymdingenjör Max Fagin skisserade i en tweet tråd på torsdag, har forskare kommit långt över åren när det gäller att räkna ut hur man rör sig bortom artefakter så att de kan mäta grejer utan att behöva lägga det bredvid andra saker. Till exempel användes en sekund som en 1 / 31556925.9747 av den tid det tar för jorden att gå runt solen. Nu definieras det som den tid det tar för en elektron i en cesium-133-atom att oscillera 9 192 631 770 gånger. Det kan låta onödigt specifikt och uppriktigt bisarrt, men genom att definiera en måttenhet i form av en atoms beteende kan forskare med en ganska viss grad säga att en sekund är en sekund, oavsett var du befinner dig i universum - och nej oavsett om du har en stoppur.

I korthet har forskare flyttat den normala referenspunkten för mätningar av mänskliga gjorda föremål och på universella konstanter. Alla utom för kilogram.

November är här, och det betyder att ett stort skifte kommer. Och med "massiv" hänvisar jag naturligtvis till omdefinitionen av den kiloenhet av massa som världen har byggt upp i mer än 100 år. Låt mig förklara: pic.twitter.com/FnOmq4dFTF

- Max Fagin (@MaxFagin) 1 november 2018

Den andra, som kilogrammätaren, och fyra andra enheter, utgör Systéme International-enheterna. Dessa är de mest grundläggande måttenheter som alla andra bygger på. Numera kan de flesta SI-enheterna bestämmas utan någon artefakt, men mäta ett kilo är mycket svårare eftersom det kräver komplexa beräkningar som görs mer komplicerade av gravitationen. När allt kommer omkring, medan vi ofta tänker på massa och vikt som samma, är de inte det. Massa, mätt i kilo, är hur mycket materia är i ett objekt. Men det är hur forskare planerar att göra IPK föråldrade.

4 / Basen av detta torn är SI basenheter. Bara 7 SI-basenheter definierar varannan enhet som existerar. Dom är:

Kg, kg (massa)

Meter, m (avstånd)

För det andra s (tid)

Kelvin, K (temp)

Ampere, A (elektrisk ström)

Candela, cd (ljusstyrka)

Mole, mol (kvantitet) pic.twitter.com/Qe2jS13kEn

- Max Fagin (@MaxFagin) 1 november 2018

Det är här Kibble Balance kommer in för att rädda oss. Denna enhet, som utvecklas av flera laboratorier. National Institute of Standards and Technology i USA och National Physical Laboratory i England arbetar båda med denna enhet, som förhoppningsvis kommer att omdefiniera kilogrammet i form av Plancks konstant, ett tal som är centralt för vår förståelse av kvantmekanik. Kortfattat bestämmer denna anordning inte massa genom att mäta vikt, utan genom att mäta den elektromagnetiska kraften mellan två plattor. Åh, och det är allt gjort i ett vakuum.

Kibble-saldot, för att uttrycka det enkelt, borde kunna mäta massan av ett föremål - exempelvis IPK - när det gäller elkraft. För att få all matematik inblandad, kolla in videon nedan. För alla som inte är i fysikens nitty-gritty, räcker det dock med att Kibble Balance ska hjälpa forskare att omdefiniera kilogrammet.

"En viktig orsak till detta arbete är att tillhandahålla internationell säkerhet", säger Ian Robinson, chef för det nationella fysiska laboratoriet Delano. "Om Pavillon de Breteuil" - där IPK lagras - "brändes imorgon och kilogrammet i sina valv smälte, skulle vi inte ha någon referens kvar för världens metriska viktsystem. Det skulle vara kaos. Den nuvarande definitionen på kilogrammet är vikten av den här cylindern i Paris."

Och det är bara inte tillräckligt för internationell vetenskap.