A hivatalos kilogrammos tömegvesztés A tudósok azt javasolják, hogy pontosítsák a szénatomok pontos számát
Mennyibe kerül egy kilogramm?
Kiderült, hogy senki sem tudja biztosan megmondani, legalábbis nem úgy, hogy az idő múlásával soha ne váljon ilyen enyhén. A hivatalos kilogramm - egy 118 évvel ezelőtt platinából és irídiumból öntött henger, amely a kilogramm nemzetközi prototípusának vagy a "Le Gran K" néven ismert - tömegét veszítette el, körülbelül 50 mikrogrammot tett az utolsó ellenőrzéskor. A változás annak ellenére történik, hogy a Párizs melletti létesítményben gondosan tárolták.
Ez nem olyan jó egy olyan szabvány számára, amelyen a világ a tömeg meghatározásán múlik.
Két amerikai professzor - fizikus és matematikus - azt mondja, hogy ideje új és elegánsabb módon meghatározni a kilogrammot, amely ma, holnap és 118 év múlva ugyanaz lesz. Kampányt indítottak, amelynek célja a kilogramm újradefiniálása nagyon nagy - de pontosan meghatározott - szén-12 atom tömegeként.
"A mi szabványunk kiküszöböli annak szükségességét, hogy fizikai műtárgy határozza meg, hogy mi a kilogramm" - mondta Ronald F. Fox, a Regents emeritus professzora a Georgia Egyetem Fizikai Iskolájában. "Valami olyat akarunk, amelyet logikailag nagyon egyszerű megérteni."
Javaslatuk az, hogy a grammot - 1/1000-edik kilogrammot - ezentúl pontosan 18 x 14074481 (kockás) szén-12 atom tömegének határozzák meg.
A Fox és Theodore P. Hill - a Georgia Tech Matematikai Iskola emeritus professzora - által tett javaslat először sajátos értéket tulajdonít Avogadro állandójának. Az 1800-as években, Amedeo Avogadro olasz tudós által javasolt konstans az atomok vagy molekulák számát jelenti egy tiszta anyag egy móljában - például a szén-12 atomok számát az elem 12 grammjában. Avogadro állandója azonban nem konkrét szám; ez egy olyan értéktartomány, amelyet kísérletileg meghatározhatunk, de nem kellő pontossággal ahhoz, hogy egyetlen szám legyen.
Hill félig komoly kérdésével arra ösztönözve, hogy Avogadro állandója páros vagy páratlan szám volt-e, 2006 őszén Fox és Hill benyújtott egy dokumentumot a Fizikai Archívumhoz, amelyben azt javasolta, hogy rendeljenek egy állandó számot az állandóhoz - a 10 lehetséges közül egyet értékek a kísérleti tartományon belül. A szerzők rámutattak, hogy egy pontos Avogadro-állandó pontosan meghatározhatja a tömeg mértékét, a kilogrammot is.
Javaslatuk felhívta az American Scientist szerkesztői figyelmét, akik hosszabb cikket kértek 2007 márciusában. A javaslat eddig öt levelet írt le, köztük Paul J. Karoltól, a Nómenklatúra, Terminológia és Jelképek Bizottságának elnökétől. az American Chemical Society. Karol hozzáfűzte a javaslatot, és azt javasolta, hogy a számot osszák el 12-vel - amit Fox és Hill egy kiegészítésben tettek meg azzal, hogy számuk végső számjegyét 8-ról 6-ra változtatták. Tehát az Avogadro konstansra vonatkozó új javaslat 84446886 (kockás) lett, még mindig az elfogadott értékek tartományán belül.
Gyors előrejutás 2007. szeptemberig, amikor a Fox a CNN.com webhelyén olvasta az Associated Press cikkét arról, hogy a tömeg eltűnik a kilogramm prototípusáról. Míg az AP szerint a hiányzó tömeg nem haladta meg az "ujjlenyomat súlyát", Fox azt állítja, hogy a mennyiség jelentős lehet egy olyan világban, amely ultranubanoszekundumokban és az ultranubanométerekben méri az időt.
Fox és Hill tehát egy újabb cikket lőtt a Fizikai Archívumba, amelyben azt javasolta, hogy a grammot újból definiálják a 12 szénmól 12/12-es tömegének - ezt a mólot hosszú ideig az Avogrado atomszámának definiálják. Most azt remélik, hogy nagyobb érdeklődést váltanak ki ötletük iránt, ami a szabványok javaslatainak versenyévé válhat, amely a Súlyok és Mérők Nemzetközi Bizottságának 2011. évi ülését eredményezi.
Legalább két másik javaslat a kilogramm újradefiniálására kerül megvitatásra. Ide tartozik a platina-irídium henger cseréje egy tiszta szilícium atom gömbbel, és egy "wattmérleg" néven ismert eszköz használata a kilogramm meghatározásához elektromágneses energia felhasználásával. Mindkettő fejlesztést kínálna a meglévő szabványhoz képest - de nem lehet olyan egyszerű, mint amit Fox és Hill javasolt, és nem is pontosak, mondják.
"Egy tökéletes numerikus kocka használata ezen állandók meghatározásához ugyanolyan szignifikancia-szintet eredményez - nyolc vagy kilenc számjegyű -, mint azokban az egész számokban, amelyek meghatározzák a másodikat és a fénysebességet" - mondta Hill. "A kilogramm tisztán matematikai meghatározása kísérletileg semleges - a kutatók ezután bármilyen laboratóriumi módszert alkalmazhatnak, amelyekkel a pontos tömegeket közelíteni akarják."
A kilogramm az utolsó fő szabvány, amelyet egy fizikai tárgy, nem pedig egy alapvető fizikai tulajdonság határoz meg. Például 1983-ban a méterrel jelölt távolságot újradefiniálta az, hogy a fény mennyi ideig halad 1/299 792 458 másodperc alatt - egy fém botot két jelöléssel helyettesítve.
"Gyanítjuk, hogy nyilvános vita lesz erről a kérdésről" - mondta Fox. "Azt akarjuk, hogy a tudósok, a természettudományi tanárok és mások gondolkodjanak el ezen a problémán, mert úgy gondoljuk, hogy ezek hatással lehetnek. A nyilvános vita fontos szerepet játszhat annak meghatározásában, hogy a világ egyik alapvető fizikai állandót hogyan határozzák meg."
Mennyire fontos ez a kérdés a világ jövőbeli technológiai fejlődése szempontjából "
"Amikor fizikai és kémiai méréseket végez, fontos, hogy a lehető legpontosabb legyen, és ezek a szabványok valóban meghatározzák a pontosság határait" - mondta Fox. "A pontos szabvány hiánya némi következetlenséget hagy az eredmények megfogalmazásában. Egy egyedi szabvány birtokában ez kiküszöbölhető."
Míg az új meghatározás megszüntetné a tömeg fizikai ábrázolásának szükségességét, Fox szerint azoknak az embereknek, akik fizikai műtárgyra vágynak, még mindig lehet - bár a szén valójában nem képes tökéletes kockát alkotni a megfelelő számú atom mellett. És ennek felépítése eltarthat egy ideig.
"El tudná képzelni, hogy van olyan anyagcsomója, amelyben valójában pontosan a megfelelő számú atom van" - jegyezte meg Fox. "Ha valamilyen összerakási eljárással meg tudná építeni - ellentétben atomonkénti felépítésével, amely néhány milliárd évbe fog telni -, akkor új, kilogrammos széndarabja lehet. De valójában nincs Még akkor is, ha tökéletes kilogrammot építene, azonnal pontatlan lenne, mihelyt egyetlen atom leválik vagy felszívódik. "