Récemment, un article a été publié
Révision du système d'unités SI: nouvelles définitions de l'ampère, du kilogramme, du kelvin et de la prière de l'utilisateur
alizar . Il y a eu une discussion dans les commentaires. J'ai réalisé que cet article n'était pas
conforme aux normes d'
Alizar et
j'ai également remarqué que de nombreux commentateurs se trompaient sur des choses connues. Par conséquent, j'écris cet article.
L'article sera consacré à expliquer les choses de base. Comme sources, j'ai utilisé les connaissances en physique et en chimie acquises à l'école, des articles Wikipedia, l'actuel SI (8ème édition) et une ébauche du nouveau SI (9ème édition), que j'ai l'intention d'accepter. Je vais essayer d'être objectif, je vais simplement expliquer ce que les physiciens savent déjà.
N'utilisez pas l'
article mentionné d'
alizar comme source d'information. La toute première phrase est incorrecte (plus précisément, la légende de la première image: «Une sphère de silicium-28 d'une pureté de 99,9998% peut être acceptée comme unité de mesure standard de la quantité de substance»), nous y reviendrons (
UPD de 2017-11- 05 19:30: fixe). Comme bonnes sources d'information, je propose
un article dans Wikipedia anglais sur le nouveau SI , l'
article original de Nature , l'
ancien SI , un
brouillon du nouveau SI , la
FAQ sur le nouveau SI .
"Définition." Pour commencer, le mot «définir» (ainsi que les mots «établir» et «définition») dans le contexte de notre discussion a deux significations à la fois: 1) mettre, établir, entrer une définition,
définir , 2) découvrir, calculer, découvrir,
déterminer . Donc, j'utiliserai le mot «déterminer» («établir», «définition») dans le premier sens, sauf indication contraire (cependant, dans les commentaires, je peux l'oublier et l'utiliser dans le mauvais sens). Autrement dit, si je dis que la seconde est déterminée par le césium-133, cela signifie que la définition (c'est-à-dire une explication formelle de ce que la seconde est enregistrée dans les documents) se réfère au césium-133. Pourquoi dois-je prêter attention à cette terminologie ici, cela deviendra plus clair.
J'expliquerai ce qu'est une constante, connue avec une précision absolue, en utilisant l'exemple de la vitesse de la lumière. Un mètre est défini comme la distance parcourue par la lumière en 1/299792458 secondes. En conséquence, la vitesse de la lumière avec une précision absolue est de 299792458 m / s. Cela découle de la définition d'un compteur. Autrement dit, le compteur est lié à une certaine valeur numérique de la vitesse de la lumière et à la seconde. Les constantes physiques sont divisées en deux types: ordinaires (la plupart d'entre elles), qui sont déterminées par les résultats des expériences, ne sont connues qu'avec une certaine erreur et sont constamment affinées, et celles qui ont des valeurs numériques exactes, car les unités de mesure sont déterminées par elles. La vitesse de la lumière appartient à la seconde.
Un kilogramme et sa définition dans le nouveau SI. Maintenant, un kilogramme est défini comme la masse d'un sujet spécial, un kilogramme standard (je souligne: un sujet spécifique, et non aucun sujet du même matériau de la même taille). La masse d'un kilogramme standard avec une précision absolue est égale à un kilogramme. Par définition. La référence a des copies dispersées dans le monde. Ainsi, les masses de la norme et de ses copies varient les unes par rapport aux autres. En même temps, il est impossible de comprendre lequel de ces objets éclaircit et lequel est plus lourd, car il n'y a rien à comparer. Il n'y a pas de norme plus exacte à laquelle on puisse comparer. Il en résulte que la masse de la norme de kilogramme change (simplement parce qu'il serait très étrange de croire que la masse de copies de la norme change, mais la norme elle-même ne change pas). Mais malgré cela, sa masse est toujours égale à un kilogramme. Par définition. Seul le kilogramme lui-même change avec la norme.
Par conséquent, la définition actuelle d'un kilogramme n'est pas satisfaisante. Et donc le nouveau SI a décidé de le changer. À savoir, pour lier un kilogramme à une certaine valeur numérique de la constante de Planck, ainsi qu'à un mètre et une seconde. C'est-à-dire, faire avec un kilogramme de la même manière que vous l'avez déjà fait avec un mètre: attacher une certaine constante à une certaine valeur. Ensuite, la constante de Planck entrera dans la catégorie des constantes qui, par définition, ont une précision absolue (la vitesse de la lumière y fait également référence). Mais pour ce faire, vous devez d'abord décider quelle valeur numérique de la constante de Planck nous fixons dans la définition d'un kilogramme. Et pour cela, vous devez d'abord mesurer la constante de Planck aussi précisément que possible. Pour ce faire, effectuez une expérience. Et dans l'expérience, la norme actuelle du kilogramme devrait participer. Pourquoi? Parce que nous avons besoin de la valeur la plus précise de la constante de Planck, obtenue sur la base du kilogramme actuel. Sur la base de laquelle (la valeur obtenue de la constante de Planck) nous déterminerons le nouveau kilogramme. Rendre le nouveau kilogramme le plus proche possible de l'ancien. Et une telle expérience a été menée. À savoir, nous avons mesuré la norme actuelle d'un kilogramme sur la soi-disant balance des watts (balance des watts, balance des croquettes). Cela nous a permis d'obtenir la valeur la plus précise de la constante de Planck, exprimée en kg · m
2 · s
-1 , où "kg" signifie l'ancien kilogramme, c'est-à-dire le kilogramme standard actuel. Et puis le nombre résultant sera déclaré, par définition, la valeur absolument exacte de la constante de Planck, exprimée en kg · m
2 · s
-1 , où "kg" signifie déjà un nouveau kilogramme.
Le nouveau kilogramme est-il égal à l'ancien? Pour être complètement strict, non. Parce qu'ils sont définis différemment. Ils ne peuvent pas être égaux avec une précision absolue. Néanmoins, lors de la détermination de la valeur de la constante de Planck, qui doit être incluse dans la définition d'un kilogramme, les scientifiques ont essayé de la calculer aussi précisément que possible. Autant que possible au niveau actuel de développement technologique. En conséquence, au niveau actuel de développement technologique, il est impossible d'identifier expérimentalement la différence entre les nouveaux et les anciens kilogrammes. Je veux dire, il est impossible de dire lequel est le plus grand. En conséquence, d'un point de vue pratique, ils sont (au niveau actuel de développement technologique!) Égaux. Et cela signifie que toutes les échelles existantes du monde n'auront pas à être modifiées.
À l'heure actuelle, la masse du kilogramme standard est exactement de 1 kg. Et la constante de Planck est connue avec une erreur. Après l'adoption du nouveau SI, la constante de Planck sera connue avec certitude. Mais la masse de l'étalon de kilogramme ne sera connue qu'avec une erreur (même si nous supposons que l'étalon ne s'éclaircira pas ou ne deviendra pas plus lourd, comme il le fait maintenant). Et même si vous oubliez que le kilogramme standard change de masse, il est possible que lorsque nous apprenons à mesurer la masse avec plus de précision que maintenant, nous découvrions que la masse du kilogramme standard est différente du (nouveau) kilogramme.
Maintenant attention. En utilisant des poids en watts,
nous avons déterminé (
dans le deuxième sens , c'est-à-dire calculé) la valeur numérique la plus précise de la constante de Planck, avec laquelle nous
déterminerons (
dans le premier sens , c'est-à-dire, introduirons la définition) des kilogrammes. Comprenez-vous?
Il en va de même pour toutes les autres unités qui changent de définition dans le nouveau SI. De nouvelles définitions se lient à certaines valeurs numériques des constantes, qui seront connues avec une précision absolue. Pour ce faire, vous devez d'abord calculer ces constantes aussi précisément que possible, en utilisant les anciennes définitions de ces unités. Et pour cela, il est nécessaire de mener des expériences, qui incluent souvent les phénomènes et les normes qui étaient utilisés dans les anciennes définitions de ces unités. Après cela, la constante physique correspondante sera connue avec une précision absolue, mais l'ancienne définition de l'unité ne sera vraie qu'avec une erreur (et avant c'était l'inverse).
Nouvelle définition de la prière. Dans le nouveau SI, la taupe sera déterminée en fixant le nombre d'Avogadro. Pour ce faire, il (nombre Avogadro) a été mesuré. Pour ce faire, nous avons fait ce qui suit: nous avons fait une sphère de silicium-28, dont la quantité de substance (du point de vue de l'ancienne définition d'une taupe) est connue, et le nombre d'atomes qu'elle contient a été calculé. Tout est comme un kilogramme, je ne le répéterai pas. Ne pensez tout simplement pas que la sphère présumée du silicium-28, et plus encore la sphère
spécifique du silicium-28 deviendra la norme de la taupe. La sphère n'a été utilisée que dans une expérience pour déterminer le nombre d'Avogadro, et la définition d'une taupe se référera simplement à la valeur numérique spécifique du nombre d'Avogadro et ne mentionnera pas la sphère. C'est à la question de savoir pourquoi la première phrase de l'article d'
alizar est incorrecte (
UPD du 2017-11-05 19:30: corrigé).
Aussi, si je comprends bien, l'expérience avec des échelles de watt n'est pas la seule expérience pour déterminer la constante de Planck, qui sera réalisée en préparation de l'adoption d'un nouveau SI. Et une expérience avec une sphère de silicium n'est pas la seule à déterminer la constante d'Avogadro.
Papillon et unité de masse atomique (a.u. Dans l'ancien SI, la taupe était définie comme la quantité de substance dans 12 grammes de carbone 12. Ah. e.m. a été définie comme la masse de l'atome de carbone 12 divisée par 12 (citation du SI actuel: «Le dalton (Da) et l'unité de masse atomique unifiée (u) sont des noms (et symboles) alternatifs pour la même unité, égaux à 1/12 fois la masse d'un atome de carbone libre 12, au repos et à l'état fondamental "). Cela a conduit au fait que la masse molaire de toute substance, exprimée en grammes par mole, était exactement exactement numériquement égale à la masse de la molécule de cette substance, exprimée en a. c'est-à-dire que le nombre d'Avogadro a été défini comme le nombre de particules dans la mole, c'est-à-dire qu'en fait, il a également été déterminé par le carbone 12.
Dans le nouveau SI, le nombre d'Avogadro sera fixe, c'est-à-dire qu'il sera simplement spécifié par le nombre, et la taupe sera déterminée à travers lui. Ah. E. m. (À en juger par le dernier projet de SI) sera toujours déterminé par le carbone 12. Par conséquent, l'égalité mentionnée ne deviendra vraie qu'environ.
Cependant, à partir de
ce commentaire, j'ai appris que SI n'installe pas du tout. E. m., Mais donne simplement une définition qui est introduite dans d'autres sources. Eh bien, je crois que ce commentaire. Donc tout n'est pas si mal, j'espère qu'après l'adoption du nouveau SI, les sources établissant un. E. M., corrigera leurs définitions.
Je rappelle également que les masses d'atomes exprimées en a. c'est-à-dire qu'ils ne sont pas exactement égaux en nombre de protons et de neutrons dans le noyau. Autrement dit, la masse de l'atome de silicium 28 n'est pas exactement 28 a. E. m., Il est approximativement égal à 27,9769265325 a. e. m. T. à. les masses de protons et de neutrons sont différentes, et il y a aussi le concept de défaut de masse. Le seul atome dont la masse exacte est en a. E. m. Nous savons - c'est du carbone 12, sa masse est de 12 a. e. m par définition.
UPD du 2017-10-27 0:25. Avant de poser des questions, nous lisons la
FAQ sur le nouveau SI et voici mes commentaires:
UPD du 2017-11-01 19:41. Voir aussi
mon commentaire (sur la taupe) . Et encore une fois, je vous rappelle que la situation avec la nouvelle définition d'un kilogramme n'est pas différente de la situation avec la nouvelle définition d'une taupe et d'autres définitions qui ont changé dans le nouveau SI. Et aussi de toute autre situation où la définition d'une unité a changé dans le passé (par exemple, la situation avec la transition vers la définition actuelle d'un mètre: à travers la vitesse de la lumière). Dans tous les cas, la nouvelle définition est considérée comme absolument correcte et les valeurs numériques des constantes qui y sont fixées ne pourront plus être spécifiées à l'avenir. Donc, dans mon article, vous pouvez toujours remplacer "kilogramme" par n'importe quelle autre unité qui a changé sa définition. Et dans les commentaires sur la vitesse de la lumière, encore une fois, vous pouvez remplacer le "mètre" par d'autres unités.
UPD du 2017-11-09 23:10. Voir aussi
mon commentaire (sur la taupe) .