Metrologové a politici z šesti desítek zemí celého světa nedávno schválili změnu definic u čtyř jednotek soustavy SI. Kilogram, ampér, kelvin a mol se nyní budou odvozovat od fyzikálních konstant. K rozhodnutí došlo 16. listopadu ve francouzském Versailles v rámci 26. konference Mezinárodního úřadu pro míry a váhy (BIPM).
Existuje sedm základních jednotek systému SI: sekunda (čas), metr (délka), kilogram hmotnost), ampér (elektrický proud), kelvin (termodynamická teplota), mol (látkové množství) a kandela (svítivost). Některé z nich se již dlouho definují na základě fyzikálních konstant. Například metr se od roku 1983 určuje jako délka, kterou urazí světlo ve vakuu za 1/299 792 458 sekundy. U čtyř jednotek se však dosud využívají definice na základě nějakého objektu, experimentu nebo fyzikálního jevu, což ale znamená, že tyto jednotky nejsou univerzální.
Nové rozhodnutí, které vstoupí v platnost 20. května, nejvíce zasáhne definici hmotnosti. Kilogram je v současnosti definován jako hmotnost rovnající se hmotnosti prototypu válce uloženého v BIPM (Bureau international des poids et mesures) v Sévres u Paříže. Kopie tohoto prototypu mají k dispozici všechny členské státy organizace. Válec má výšku i poloměr 39 mm a je vyroben ze slitiny platiny a iridia. Uložen je ve dvojitém skleněném obalu, který ho má chránit hlavně před vlivem okolního prostředí. Při jakémkoliv zacházení se ale z povrchu válce může odstranit několik atomů. V praxi se tak za více než sto let snížila hmotnost etalonu o 50 mikrogramů (tj. mnohonásobně méně, než je třeba hmotnost jednoho lidského vlasu).
Kilogram teď bude definován na základě Planckovy konstanty h, která byla nedávno změřena s mimořádnou přesností. Její schválená hodnota činí 6.626 070 15 × 10–34 kg m2 s–1. Planckova hodnota má rozměr momentu hybnosti. V současnosti představují nejpřesnější měření Planckovy konstanty tzv. wattové váhy, které porovnávají tíži tělesa s magnetickou silou. K měření elektrických veličin se využívá Josephsonův jev (jde o vznik elektrického proudu mezi dvěma supravodiči oddělenými tenkou vrstvou izolantu) a kvantový Hallův jev. Právě to umožňuje dát hmotnost do přímého vztahu s Planckovou konstantou.
Ampér bude nadále odvozován z fixované číselné hodnoty elementárního elektrického náboje rovné 1,602 176 634 x 10–19, která je vyjádřena v coulombech.
Kelvin bude definován z pevně stanovené hodnoty Boltzmannovy konstanty k, která činí v jednotkách J K–1 1,380 649 x 10–23. Boltzmannova konstanta vyjadřuje vztah mezi teplotou a energií plynu. Jde o množství energie potřebné k zahřátí jedné částice ideálního plynu o jeden kelvin.
Mol je jednotka látkového množství. Jeho základem bude nově fixovaná hodnota Avogadrovy konstanty NA, která činí 6,022 140 76 x 1023 elementárních entit (elementární entitou může být atom, molekula, elektron nebo jakákoliv jiná částice či specifikovaná skupina částic). Látkové množství je přitom mírou počtu definovaných elementárních entit.
Pro běžný život mají tyto změny zjevně jen malý význam. Vědci však na jejich základě nyní budou schopni přesně měřit různé veličiny v různých časech, místech a měřítkách. Nové definice jednotek soustavy SI se tak stávají důležitým mezníkem, který by měl dát stabilnější základy nejrůznějším vědeckým odvětvím a do budoucna umožnit daleko přesnější měření.
Mohlo by vás zajímat:
Neutrina
vrhají nové světlo na fúzní reakce uvnitř Slunce
Zvuk
pomáhá tisknout
Jak
dlouho trvá fotoefekt?
Nová
metoda pro tkáňové inženýrství