ในโลกที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ค่าคงที่ไม่กี่ค่าที่เราพึ่งพาได้มีความสำคัญมากขึ้น ระยะทางไปยังตลิ่งถนนสูงที่ใกล้ที่สุดอาจเพิ่มขึ้น แนวชายเสื้ออาจเพิ่มขึ้นและลดลง แต่มิเตอร์จะวัดความยาวเท่าเดิมเสมอ หรือจะ? ด้วยหน่วย SI หลายแห่งที่เผชิญกับการนิยามใหม่ในปี 2019 ซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการมาตรฐานการวัดแห่งชาติของสหราชอาณาจักร เปิดประตูต้อนรับผู้เยี่ยมชมประมาณ 5,000 คนสำหรับการเปิดบ้าน
ทุกสองปี
เพื่อให้เข้าใจถึงสิ่งที่เราหมายถึงเมื่อเราอ้างถึงหน่วยในชีวิตประจำวันและ งานที่เข้าไปกำหนดพวกเขา
“การวัดเป็นสิ่งที่ทำให้วิทยาศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์” นักวิจัย NPL กล่าว เมื่อฉันถามว่าทำไมมาตรวิทยาจึงมีความสำคัญ ไม่แปลกใจเลยที่นักวิทยาศาสตร์ได้หารือถึงวิธีการกำหนดหน่วยการวัด
ที่ได้รับการยอมรับในระดับสากลมานานหลายศตวรรษ อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งถึงปี พ.ศ. 2503 สำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศได้จัดตั้งระบบปริมาณสากล (SI) ขึ้นเป็นครั้งแรก ซึ่งเดิมคือระบบหน่วยสากล: แคนเดลา กิโลกรัม เมตร วินาที แอมแปร์ เคลวิน และโมล รายการที่กระชับนี้อันที่จริงแล้ว
รองรับการวัดที่หลากหลายทั่วทั้งวิทยาศาสตร์กายภาพ เนื่องจากหน่วยอื่นๆ ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันสามารถกำหนดได้ในแง่ของเจ็ดสิ่งนี้ ตัวอย่างเช่น โอห์มสามารถกำหนดเป็น kg m 2 /s 3 A 2จากนิยามของความต้านทานเป็นกำลัง / กระแส2 . มีคำอธิบายเชิงตรรกะสำหรับคำจำกัดความดั้งเดิมของหน่วยเหล่านี้:
เมตรคือ 1 ในสิบล้านของระยะทางระหว่างขั้วโลกเหนือและเส้นศูนย์สูตรถึงค่าประมาณที่ดีที่สุดที่ประดิษฐ์ในปี พ.ศ. 2342; ครั้งที่สองคือ 1/60 ของ 1/60 ของ 1/24 ของวันตามระเบียบนาฬิกา อย่างไรก็ตาม คำจำกัดความเหล่านี้ได้เบี่ยงเบนไปจากคำอธิบายดั้งเดิมเนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี
ต้องการความแม่นยำที่มากขึ้น “หน่วย SI จำนวนมากถูกแทนที่ด้วยเทคโนโลยี” “ในขณะที่เทคโนโลยีก้าวหน้าไป การวัดค่าคงที่พื้นฐานก็เปลี่ยนไปเรื่อย ๆ ซึ่งเป็นเรื่องบ้า ๆ บอ ๆ ดังนั้นเราจึงต้องการนิยามหน่วยในแง่ของค่าคงที่เหล่านี้ ” หน่วยคงที่ ในปี พ.ศ. 2526 การประชุมสมัชชาว่าด้วยน้ำหนัก
และการวัด
ได้นิยามการอ้างอิงพื้นฐานสำหรับความยาวของหนึ่งเมตรเสียใหม่ ซึ่งครั้งหนึ่งเคยกำหนดโดยกฎมาตรวัดในเมืองเซเวร์นอกกรุงปารีส ตอนนี้ถูกกำหนดเป็นระยะทางที่แสงจะเดินทางในสุญญากาศใน 1/299792458 ของวินาที และเท่าที่เราทราบคือค่าคงที่พื้นฐาน เช่นเดียวกับหน่วยเมตร หน่วยที่สอง
ยังได้รับการนิยามใหม่ในแง่ของค่าคงที่สากลของความเร็วแสงในสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม มีความล่าช้าที่เห็นได้ชัดเจนระหว่างการอ้างอิงพื้นฐานสำหรับหน่วย SI อื่นๆ และความสามารถทางเทคโนโลยีของยุคปัจจุบัน อย่างที่เอียน โรบินสันบอกกับผู้เข้าร่วมงาน ว่า การอ้างอิงพื้นฐานสำหรับกิโลกรัม
ยังคงเป็นก้อนทองคำขาวใน Sevre ซึ่งถูกนำออกมาทุก ๆ 50 ปี ชั่งน้ำหนัก ทำความสะอาด และล็อกไว้ ดังที่โรบินสันกล่าวไว้ว่า “ไม่ใช่วิธีที่ดีที่สุดในการกำหนดมวลในยุคปัจจุบันนี้” ในวันที่ 16 พฤศจิกายนพ.ศ. 2561 จะลงมติเพื่อนำคำจำกัดความใหม่สำหรับกิโลกรัม เคลวิน โมล และแอมแปร์มาใช้
เหตุใด
จึงต้องใช้เวลาอีก 35 ปีในการทำให้คำจำกัดความที่เหลือสอดคล้องกับมาตรและวินาที ในความเป็นจริงเทคโนโลยีในการกำหนดหน่วยในแง่ของค่าคงที่พื้นฐานนั้นยังห่างไกลจากสิ่งเล็กน้อย ซึ่งเข้าร่วม NPL ในปี 1976 ทำงานร่วมกับไม่นานหลังจากการประดิษฐ์เครื่องชั่ง ในปี 1975
ซึ่งจะกำหนดกิโลกรัมใหม่ เครื่องชั่ง ทำงานโดยใส่กระแสผ่านขดลวดและวัดแรงเหนี่ยวนำที่สมดุลกับแรงดึงดูดบนกิโลกรัม สิ่งประดิษฐ์ได้ขจัดความไม่ถูกต้องบางประการของเครื่องชั่งแอมแปร์รุ่นก่อนหน้า แต่โรบินสันกล่าวว่ายังคง “เหมือนกับการวัดถุงน้ำตาลในพายุเฮอริเคน”
งานมุ่งเน้นไปที่วิธีการวัดอุณหภูมิแบบต่างๆ และมีส่วนสำคัญในการกำหนดเคลวินใหม่ “เราใช้แม่เหล็กไฟฟ้า เสียง การชั่งน้ำหนักที่แม่นยำ ซึ่งเป็นแรงขับเคลื่อนที่นำทีมจาก NPL มารวมกัน” เขากล่าว วิธีการของพวกเขาใช้เครื่องวัดอุณหภูมิแบบอะคูสติก ดังที่อธิบาย ความเร็วของเสียงในก๊าซนั้นสัมพันธ์
กับอุณหภูมิของโมเลกุล ดังนั้นเขาและเพื่อนร่วมงานจึงวัดความเร็วของเสียงที่ส่งผ่านโมเลกุลของก๊าซด้วยความแม่นยำสูง อย่างไรก็ตาม ในที่สุดก็บรรลุเทอร์โมมิเตอร์ที่แม่นยำอย่างยิ่งนี้ การใช้งานในห้องปฏิบัติการพิสูจน์ให้เห็นถึงความยากลำบาก “มันน่าอัปยศอดสูมาก คุณบอกว่าคุณทำอุณหภูมิได้แม่นยำ
ที่สุดแล้ว คุณไม่สามารถเอาอุณหภูมิของบางอย่างในห้องแล็บไปใช้ได้” โพเดสตากล่าว “ปรากฎว่าเทอร์โมมิเตอร์อื่นๆ ผิดทั้งหมด” การแก้ไขมีขนาดเล็ก 0.004 °C ที่ 30 °C อย่างไรก็ตาม มีการทดลองสำหรับการวัดความยาว เช่น ซึ่งระดับความแม่นยำของอุณหภูมินั้นมีความสำคัญ
มาตรวิทยาควอนตัมขนาดอุปกรณ์ที่หดตัวยังทำให้เกิดความต้องการใหม่ในด้านวิทยาศาสตร์การวัด ที่ห้องปฏิบัติการอุปกรณ์อิเล็กตรอนเดี่ยวของ NPL พวกเขากำลังทำงานเกี่ยวกับคำจำกัดความทางเลือกสำหรับแอมแปร์ การทดลองก๊าซอิเล็กตรอนสองมิติ GaAs ของพวกเขาจะสูบฉีดอิเล็กตรอนเข้าไป
ในซิงก์ที่มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในแต่ละครั้ง จากนั้นอิเล็กตรอนจะกระโดดข้ามไปยังอุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ในไฟล์เดียว ซึ่งกำหนดกระแสที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้ สำหรับกระแสที่มากขึ้น แอมแปร์สามารถกำหนดได้ในระดับมหภาคในแง่ของแรงดันไฟฟ้าในตัวนำยิ่งยวดของชุมทางโจเซฟสัน
และความต้านทานของเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอุปกรณ์มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ คำจำกัดความในแง่ของอุปกรณ์อิเล็กตรอนตัวเดียวจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในระดับนี้ คำศัพท์เช่นอุณหภูมิทำให้เกิดความกำกวมใหม่ เนื่องจากคำจำกัดความทางสถิติไม่มีความหมายอีกต่อไป
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
