З нашим зростаючим розумінням фундаментальних констант система визначення фізичних мір, які зазвичай використовуються в міжнародній торгівлі, бізнесі та науці, має бути оновлена.
Метрична система була розроблена під час Французької революції та є початком нинішньої міжнародної системи одиниць (СІ, французькою Système International d'Unités). Нинішня СІ була офіційно створена в 1960 році.
Нова система мір і ваги була створена за пропозицією, зробленою століття тому Джоном Вілкінсом, використовуючи метр як основну одиницю вимірювання для визначення довжини, об’єму та маси.
Лічильник натхненний природною незмінною думкою про існування: одна десятимільйонна частина меридіана, що проходить через Париж від Північного полюса до екватора.
Після визначення одиниць об’єму та маси кілограм визначали як масу одного літра дистильованої води при 4 °C. Два платинових еталони для довжини та маси, засновані на цих визначеннях, пізніше були передані на зберігання до Паризького архіву Республіки в 1799 році. За словами маркіза де Кондорсе, була створена абсолютно нова система вимірювання «для всіх часів і всіх народів».
Три міжнародні організації: Генеральна конференція з мір і ваг (CGPM), Міжнародний комітет з мір і ваг (CIPM) і Міжнародне бюро мір і ваг були створені через 76 років після підписання Метричної конвенції (BIPM). Їм технічно доручено захистити SI, і вони все ще продовжують це робити.
Міжнародна система одиниць (СІ) — це енергійна, динамічна система, яка адаптується до нових потреб у інформації та вимірюваннях, але часом повільна порівняно з величезним темпом наукового прогресу. Наприклад, у 18-му та 19-му століттях натурфілософи та вчені виявили, що їм потрібні нові одиниці вимірювання, коли вони намагалися використовувати систему довжини, маси та часу (час, визначений астрономічними спостереженнями) для вимірювання нещодавно відкритих явищ, таких як магнетизм і електрика, поняття енергії.
Піонери нової науки, такі як Карл Фрідріх Гаусс, Вільгельм Вебер, Джеймс Клерк Максвелл і лорд Кельвін, сприяли розширенню системи та допомогли створити теоретичну основу для узгодженої системи з основними механічними одиницями, з яких можна було вивести похідні одиниці при необхідності.
Узгоджені похідні одиниці були продуктами степенів базових одиниць 1 із попереднім множником, і система надала докладні пояснення того, як створити екземпляр базових одиниць за допомогою вимірювання.
Хронологія на малюнку 1 показує, що, незважаючи на численні перегляди, СІ все ще включає цей основний набір одиниць, включаючи 7 базових одиниць (і відповідні визначення для їх реалізації) плюс 22 похідні одиниці з унікальними назвами та символами. Проте зростає міжнародний консенсус щодо того, щоб знову розробити СІ, щоб вона відображала сучасне розуміння фізичного світу. Замість того, щоб визначати сім базових одиниць і послідовно похідні одиниці, запропонована структура для майбутньої СІ передбачає точні значення для семи фундаментальних констант природи, щодо яких будуть реалізовані всі одиниці СІ. Основні одиниці та їх значення більше не використовуються.
Створення системи одиниць
Усі фізичні величини та рівняння, що зв’язують ці величини, тобто загальноприйняті принципи фізики, необхідно брати до уваги при розробці системи одиниць для вираження всіх фізичних вимірювань.
Це простий приклад стосунків; де F сила, m маса, прискорення a, швидкість v, довжина x і час t – усі величини, а співвідношення є другим законом руху Ньютона та фундаментальною динамікою.
Ретельно вибираючи підмножину незалежних фундаментальних величин, прийняті принципи фізики можна використовувати для виведення інших значень як функцій вибраної підмножини.
Хоча основні кількості можна вибрати різними способами, усі вони мають бути вичерпними та не зайвими. Наприклад, якби все, що ми знаємо про фізичний світ, було рівнянням 1 (шість величин, три обмеження), вибір сили чи маси та будь-яких двох з інших п’яти величин призведе до окремого набору з трьох фундаментальних величин.
Але ми ще не закінчили. Щоб повністю описати систему одиниць, нам потрібно надати кожній базовій величині унікальну еталонну величину.
Основна величина маси в поточній СІ – міжнародний прототип кілограма – є прикладом таких унікальних артефактів, які можуть служити еталонною величиною (IPK). альтернативно, у відносинах енергетичної еквівалентності
Постійна Планка h, швидкість світла c, заряд елементарної частинки e і постійна Больцмана k також можуть бути використані як еталонні, оскільки вони є інваріантами з відомими значеннями.
Час, довжина, маса, електричний струм, термодинамічна температура, кількість речовини та інтенсивність світла — це сім основних величин, які складають поточну СІ. Ці визначення служать спеціальними еталонними величинами. Іншими словами, визначення базових одиниць – секунди, метри, кілограми, ампер, кельвін, моль і кандела – є еталонними величинами в поточній системі СІ.
Джерело: physicstoday – Девід Ньюелл
Девід Ньюелл є головою робочої групи з фундаментальних констант CODATA та фізиком Національного інституту стандартів і технологій у Гейтерсбурзі, штат Меріленд.
Günceleme: 27/10/2022 18:44
Першим залиште коментар