वैज्ञानिकों ने किलोग्राम को फिर से परिभाषित करने और माप के हमारे सिस्टम को हिला दिया है

तिजोरी में बंद होने के लिए तीन चाबियों को खोलने की आवश्यकता होती है, जो कि पेरिस के दक्षिण-पश्चिम में Sèvres शहर में एक किलोग्राम है। दरअसल, यह किलोग्राम है, किलोग्राम का अंतर्राष्ट्रीय प्रोटोटाइप (IPK), किलोग्राम जिसके खिलाफ अन्य सभी किलोग्राम को अपना माप लेना होगा, Le Grand K। प्लैटिनम-इरिडियम मिश्र धातु का यह सिलेंडर तीन सुरक्षित कांच की घंटियों के नीचे, एक तापमान में और आर्द्रता-नियंत्रित वातावरण में, छह आधिकारिक प्रतियों के साथ, सेवरेस के भूमिगत तिजोरी में बैठता है।

"यदि आप इसे गिराने के लिए थे, तो यह अभी भी एक किलोग्राम होगा, लेकिन पूरी दुनिया का द्रव्यमान बदल जाएगा, " मैरीलैंड के गेथर्सबर्ग में नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) के भौतिक विज्ञानी स्टीफन श्लामिंगर कहते हैं।

IPK हर 40 साल या इसके बाद में अपनी तिजोरी से निकलता है, जब 1889 के बाद से गोल्फ-बॉल के आकार का डिपो, बिल्कुल एक किलोग्राम , परिभाषा के अनुसार, दुनिया भर के देशों के साथ साझा की जाने वाली प्रतियों को जांचने के लिए उपयोग किया जाता है। लेकिन एक समस्या है। IPK के साथ तिजोरी में छह témoins, या "गवाह" हैं - आधिकारिक प्रतियां। वर्षों से, जैसा कि ली ग्रैंड के और इसके गवाहों द्वारा मापा गया है, जब दुर्लभ अवसरों से यह पता चलता है कि आईपीके का द्रव्यमान "बहाव" है।

इंटरनेशनल प्रोटोटाइप ऑफ़ द किलोग्राम (IPK)। (बीआईपीएम की तस्वीर सौजन्य से)

अधिकांश गवाह अब आईपीके की तुलना में माइक्रोग्राम, या एक ग्राम के दसवें हिस्से की तुलना में थोड़ा अधिक वजन करते हैं (हालांकि कई प्रतियां शुरू करने के लिए अधिक बड़े पैमाने पर थीं)। आप कह सकते हैं कि आईपीके द्रव्यमान खो रहा है, केवल आप ऐसा नहीं कह सकते, क्योंकि आईपीके अपरिवर्तनीय और अटूट रूप से प्रति किलोग्राम है । इसके अलावा, भौतिकविदों को यह भी पता नहीं है कि आईपीके लंबे समय में द्रव्यमान खो रहा है या द्रव्यमान प्राप्त कर रहा है, बस यह कि यह धीरे-धीरे हवा से एकत्रित सामग्री की अपूर्ण मात्रा के कारण बह रहा है, या एक वजन के दौरान बंद हो जाता है, या इस पर मुस्कुराता है अपने एक सावधानीपूर्वक स्नान के दौरान आईपीके की चांदी की सतह।

जैसा कि आप कल्पना कर सकते हैं, इस मिनट के बहने से वैज्ञानिकों को बहुत सिरदर्द होता है - उन उद्योगों का उल्लेख नहीं करना जो दवा कंपनियों जैसे छोटे और सटीक बड़े माप पर भरोसा करते हैं।

दक्षिण लंदन में नेशनल फिजिकल लेबोरेटरी (एनपीएल) के इयान रॉबिन्सन कहते हैं, "इस समय, किलोग्राम को किसी विशेष चीज के द्रव्यमान के रूप में परिभाषित किया गया है।" "और अगर वह चीज़ नष्ट हो गई है या बदल गई है या जो भी हो, यह अजीब है।"

NIST की IPK की प्लैटिनम-इरीडियम प्रतियों में से एक, K92, पृष्ठभूमि में स्टेनलेस-स्टील किलोग्राम जनता के साथ। (जेनिफर लॉरेन ली / NIST)

सौभाग्य से, दुनिया के मेट्रोलॉजिस्टों के पास एक समाधान है: एक प्राकृतिक, सार्वभौमिक निरंतरता के संदर्भ में किलोग्राम को फिर से परिभाषित करें। अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली इकाइयों (एसआई) में अधिकांश इकाइयां पहले से ही सार्वभौमिक स्थिरांक के अनुसार परिभाषित की जाती हैं, जैसे कि मीटर, जो आधिकारिक तौर पर एक सेकंड में 1 / 299, 792, 458 वें में वैक्यूम में प्रकाश की गति से यात्रा की जाती है। बेशक, यह परिभाषा दूसरे पर निर्भर करती है, जिसे विद्युत चुम्बकीय विकिरण (इस मामले में माइक्रोवेव) की एक विशिष्ट आवृत्ति की 9, 192, 631, 770 अवधियों की अवधि के रूप में परिभाषित किया गया है, जो एक सीज़ियम -133 के बाहरी इलेक्ट्रॉन को संक्रमण (क्वांटम से स्विच) के लिए प्रेरित करता है। "स्पिन अप" का मापन "स्पिन डाउन, " या इसके विपरीत)।

लेकिन किलोग्राम, एक कलाकृत द्वारा परिभाषित अंतिम शेष इकाई, अब तक पुन: परिभाषित करने का हठपूर्वक विरोध किया है। 16 नवंबर को वेट एंड मेजर्स पर जनरल कॉन्फ्रेंस की 26 वीं बैठक में, 60 सदस्य राज्यों के प्रतिनिधि प्लेक के स्थिरांक के अनुसार किलोग्राम को फिर से परिभाषित करने के लिए वोट देने के लिए एकत्रित होंगे- एक संख्या जो प्रकाश की एक लहर की आवृत्ति से संबंधित है। उस लहर में एक फोटॉन की ऊर्जा। और रिचर्ड डेविस के अनुसार, इंटरनेशनल ब्यूरो ऑफ़ वेट्स एंड मेजर्स (बीआईपीएम) के साथ एक भौतिक विज्ञानी, "वे पर्याप्त बहुमत की उम्मीद कर रहे हैं।"

(अद्यतन: 20 मई, 2019 को, अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली की इकाइयों में परिवर्तन आधिकारिक तौर पर प्रभावी हो गया, जिसमें किलोग्राम, एम्पीयर, केल्विन और तिल के लिए नई परिभाषाएं शामिल हैं।)

मैक्स प्लैंक और अल्बर्ट आइंस्टीन

1879 में, लंदन में कीमती धातु कंपनी जॉनसन मैथेय द्वारा IPK डाली गई थी, 20 वर्षीय मैक्स प्लैंक ने अपनी थीसिस का बचाव किया था थर्मोडायनामिक्स के दूसरे कानून पर, और अल्बर्ट आइंस्टीन का जन्म हुआ था। हालांकि दोनों वैज्ञानिकों को अपने जीवन के पाठ्यक्रमों के दौरान यह पता नहीं था, लेकिन गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम यांत्रिकी की मौलिक भौतिकी पर उनका सामूहिक कार्य किलोग्राम की 21 वीं सदी की परिभाषा की नींव रखने के लिए आएगा।

तो प्लांक की स्थिरांक क्या है? डेविस कहते हैं, "एक मौलिक स्तर पर, यह कहना मुश्किल है।"

प्लांक की स्थिरांक बहुत कम संख्या है: 6.62607015 x 10 ^-34, सटीक होने के लिए, जैसा कि आधिकारिक तौर पर 16 नवंबर की बैठक में परिभाषित किया जाएगा। 1900 में, मैक्स प्लैंक ने तारों से आने वाले प्रकाश के फिट मॉडल की संख्या की गणना की, और तारों की ऊर्जा और तापमान को विद्युत चुम्बकीय विकिरण (सामूहिक रूप से ब्लैकबॉडी विकिरण) के रूप में जाना जाता है। उस समय, प्रायोगिक आंकड़ों ने सुझाव दिया था कि ऊर्जा किसी भी मूल्य पर मुक्त प्रवाहित नहीं होती है, बल्कि बंडलों या क्वांटा में शामिल होती है - जो क्वांटम यांत्रिकी अपना नाम लेती है - और प्लैंक को अपने ब्लैकबॉडी मॉडल को फिट करने के लिए इन बंडलों के मूल्य की गणना करने की आवश्यकता होती है।

पांच नोबेल पुरस्कार विजेता, बाएं से दाएं: वाल्थर नेरस्ट, अल्बर्ट आइंस्टीन, मैक्स प्लैंक, रॉबर्ट मिलिकन और मैक्स वॉन लाए, 1931 में वॉन ल्यु द्वारा आयोजित रात्रिभोज के लिए एकत्र हुए। (सार्वजनिक डोमेन)

पांच साल बाद, अल्बर्ट आइंस्टीन ने विशेष सापेक्षता के अपने सिद्धांत को प्रकाशित किया, जिसे प्रसिद्ध समीकरण ई = एमसी ^{2 के} रूप में व्यक्त किया जाएगा (ऊर्जा बड़े पैमाने पर प्रकाश वर्ग की गति के बराबर होती है, एक ऐसी महामारी जो ऊर्जा सभी में मौलिक रूप से बंधी है। ब्रह्मांड की बात)। उन्होंने विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के एक एकल, मौलिक क्वांटम के सैद्धांतिक मूल्य की भी गणना की- जिसे अब एक फोटॉन के रूप में जाना जाता है - जिसके परिणामस्वरूप प्लैंक-आइंस्टीन संबंध, ई = एच वी । समीकरण बताता है कि एक फोटॉन (E) की ऊर्जा, प्लैंक के स्थिर (h) समय को विद्युत चुम्बकीय विकिरण ( v, जो कि "v" के बजाय ग्रीक प्रतीक nu है ) की आवृत्ति के बराबर होती है।

"आप जानते हैं कि आपके पास एक फोटॉन की ऊर्जा है, जो h v है, लेकिन आप यह भी जानते हैं कि आपके पास द्रव्यमान की ऊर्जा है, जो mc ^{2 है} । [तो], ई = एच वी = एमसी ^२ । वहीं आप देख सकते हैं कि NIST के भौतिक विज्ञानी डेविड न्यूवेल कहते हैं कि आप h [प्लैंक के स्थिर], v [तरंग आवृत्ति] और c [प्रकाश की गति] से एक द्रव्यमान कैसे प्राप्त कर सकते हैं।

लेकिन यह एकमात्र ऐसी जगह नहीं है जहां प्लांक के निरंतर प्रदर्शन से पता चलता है। सौर कोशिकाओं पर आधारित फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का वर्णन करने के लिए संख्या की आवश्यकता होती है। इसका उपयोग परमाणु के नील्स बोहर के मॉडल में भी किया जाता है, और यह हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत में भी दिखाई देता है।

डेविस कहते हैं, '' यह कहना ठीक है कि पाई के बारे में क्या है? '' “क्या है? खैर, यह सर्कल के व्यास द्वारा विभाजित सर्कल की परिधि है। लेकिन तब पाई गणित में हर जगह दिखाई देती है। यह सब जगह है। ”

प्लैंक के स्थिरांक को जोड़ने वाली कुंजी इसकी इकाई, जूल-सेकंड या J · s है। निरंतर को यह अनूठी इकाई मिलती है क्योंकि ऊर्जा जूल में मापी जाती है और आवृत्ति को हर्ट्ज (हर्ट्ज), या प्रति सेकंड चक्रों में मापा जाता है। एक जूल एक किलोग्राम किलोग्राम के बराबर होता है जिसे सेकेंड स्क्वेर्ड (किलो · एम ² / एस ² ) से विभाजित मीटर से विभाजित किया जाता है, इसलिए कुछ चतुर माप और गणना के साथ, एक किलोग्राम पर आ सकता है।

लेकिन इससे पहले कि आप दुनिया को द्रव्यमान की मानक इकाई की परिभाषा बदलने के लिए मना सकें, आपके माप विज्ञान के इतिहास में अब तक के सबसे बेहतर उपाय हैं। और जैसा कि नेवेल कहते हैं, "कुछ निरपेक्ष को मापना कठिन है।"

उपाय के लिए उपाय

हम अक्सर इस बात पर ध्यान देते हैं कि एक सेकंड दूसरा है, या एक मीटर एक मीटर है। लेकिन मानव इतिहास के बहुमत के लिए, समय, लंबाई और द्रव्यमान के ऐसे उपाय मनमाने ढंग से किए गए थे, जिन्हें स्थानीय रीति-रिवाजों या शासकों के अनुसार परिभाषित किया गया था। सबसे पहले यह निर्धारित किया जाता है कि राष्ट्रीय मापों को मानकीकृत किया जाना चाहिए जो 1215 में मैग्ना कार्टा से आया था, जिसमें कहा गया है:

"चलो हमारे राज्य भर में शराब के लिए एक उपाय है, और एक के लिए एक उपाय है, और मकई के लिए एक उपाय, अर्थात्" लंदन तिमाही "; और कपड़े की एक चौड़ाई चाहे वह रंगे हो, रैसेट हो या हालेर्जेट, अर्थात् सेलेवेज के भीतर दो एल। इसे माप के साथ वजन के समान होने दें। "

लेकिन प्रबुद्धता के बाद, जैसा कि वैज्ञानिकों ने ब्रह्मांड की भौतिक बाधाओं को दूर करना शुरू किया, यह स्पष्ट हो गया कि माप के अलग-अलग मानकों ने प्रजातियों की उन्नति के लिए एक सख्त बाधा प्रस्तुत की। वैज्ञानिकों ने 18 वीं और 19 वीं शताब्दी में दुनिया भर में फैली, पृथ्वी के सटीक आकार से लेकर सूर्य तक की दूरी तक, और हर बार एक जर्मन लाचटर (लगभग दो मीटर, क्षेत्र के आधार पर) की तुलना एक अंग्रेजी की तुलना में की थी। यार्ड (जो कि इसके अस्तित्व के लिए भी विविध है), अनिश्चितताओं और गलत तरीके से चलाया गया।

पहले मीटर मानक की एक प्रति, पेरिस के 36 rue de Vaugirard में एक इमारत की नींव में सील की गई। (केन एकर्ट / विकिमीडिया कॉमन्स CC 4.0)

फ्रांसीसी के पास आखिरकार एक क्रांति थी - न केवल राजनीति की, बल्कि उपायों की भी। 18 वीं सदी के करीब आने के साथ, फ्रांस के राज्य में कुछ चौथाई मिलियन अलग-अलग इकाइयाँ होने का अनुमान है, जिससे उन सभी पर नज़र रखना असंभव हो गया है। राष्ट्रीय संविधान सभा द्वारा आग्रह किया गया था, जो फ्रांसीसी क्रांति की शुरुआत के दौरान गठित हुआ था, फ्रेंच एकेडमी ऑफ साइंसेज ने लंबाई की एक नई इकाई स्थापित करने के लिए रूपरेखा तैयार की जो देश के लिए आधिकारिक उपाय बन जाएगा: मीटर, जिसे दस दस लाखवें रूप में परिभाषित किया गया है। उत्तरी ध्रुव से भूमध्य रेखा तक की दूरी।

फ्रांसीसी गणितज्ञों और खगोलविदों जीन बैप्टिस्ट जोसेफ डेलम्ब्रे और पियरे मेचाइन के नेतृत्व में एक सर्वेक्षण अभियान ने नए मीटर की गणना करने के लिए, डनकर्क से बार्सिलोना तक खींचते हुए, उस लंबाई के एक हिस्से की दूरी को खतरे में डाल दिया। सर्वेक्षण के माप 1798 में पूरे हुए, और नया मानक जल्द ही फ्रांस में अपनाया गया।

मीटर माप की एक मौलिक इकाई का प्रतिनिधित्व करने के लिए आया था, लीटर (1, 000 घन सेंटीमीटर) और यहां तक ​​कि किलोग्राम (एक लीटर पानी का द्रव्यमान) को परिभाषित करता है। 1875 तक, दुनिया मीट्रिक प्रणाली को अपनाने के लिए तैयार थी, और उस वर्ष के मीटर कन्वेंशन में देखा गया कि 17 देशों के प्रतिनिधि मीटर की संधि पर हस्ताक्षर करते हैं, अंतर्राष्ट्रीय भार और माप के ब्यूरो बनाते हैं और नए जन और लंबाई मानकों के लिए प्रदान करते हैं। प्लैटिनम-इरिडियम मिश्र धातु में डाली, दुनिया के लिए मीटर और किलोग्राम को परिभाषित किया।

लेकिन 20 वीं सदी के वैज्ञानिकों की एक लहर के रूप में प्लैंक और आइंस्टीन ने भौतिकी के न्यूटोनियन ढांचे पर प्रहार और प्रहार करना शुरू किया, ब्रह्मांड की विशालता और परमाणु के मूल सिद्धांतों के बीच नए कानूनों की खोज की, तदनुसार मापने की प्रणाली को अद्यतन करने की आवश्यकता थी। । 1960 तक, इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (एसआई) प्रकाशित किया गया था, और दुनिया भर के देशों ने माप की हमारी सात आधार इकाइयों: मीटर (लंबाई), किलोग्राम (द्रव्यमान), की दूसरी (लगातार) की आधिकारिक परिभाषाओं को लगातार परिष्कृत करने के लिए स्थापित किया, दूसरा (समय) ), एम्पीयर (विद्युत प्रवाह), केल्विन (तापमान), तिल (पदार्थ की मात्रा) और कैंडेला (प्रकाश)।

एक एवोगैड्रो शुद्ध सिलिकॉन -28 परमाणुओं का क्षेत्र है। गोले का आयतन और एकल सिलिकॉन -28 परमाणु के आयतन को मापकर मौसम विज्ञानी गोले में एक ही परमाणु के द्रव्यमान को माप सकते हैं, जिससे मोल में परमाणुओं की संख्या की गणना करने की एक विधि प्रदान की जाती है, जिसे एवोगैड्रो संख्या कहते हैं, जो कर सकते हैं प्लैंक की स्थिरांक की गणना करने के लिए उपयोग किया जाता है। (बीआईपीएम की तस्वीर सौजन्य से)

इन आधार इकाइयों से, अन्य सभी इकाइयों की गणना की जा सकती है। वेग को प्रति सेकंड मीटर में मापा जाता है जिसे mph और अन्य गति में परिवर्तित किया जा सकता है; ओम में करंट के प्रतिरोध और प्रतिरोध में वोल्ट को मापा जाता है; और यार्ड की परिभाषा अब एक मीटर के 0.9144 के अनुपात में है।

आज, 18 वीं शताब्दी के दौरान, इस तरह के माप को परिष्कृत करने का मामला वैज्ञानिक क्षमता में सबसे आगे है। हालांकि किलोग्राम के पुनर्वितरण से आपके दैनिक जीवन को बदलने की संभावना नहीं है, माप की अधिक सटीक प्रणाली को परिभाषित करने के अंतिम प्रभाव अक्सर व्यापक और गहरा होते हैं।

उदाहरण के लिए, दूसरे को लें। 1967 से, एक सेकंड की परिभाषा माइक्रोवेव लेजर की आवृत्ति पर आधारित है, और इस सटीकता के बिना, जीपीएस तकनीक असंभव होगी। प्रत्येक जीपीएस उपग्रह एक परमाणु घड़ी ले जाता है, जो इस तथ्य के लिए सही है कि समय असीम रूप से गुजरता है लेकिन हमारे उपग्रहों पर धीमी गति से गुजरता है क्योंकि वे उच्च गति पर पृथ्वी की परिक्रमा करते हैं - आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत द्वारा अनुमानित प्रभाव। नई परिभाषा के बिना, हम एक सेकंड के इन छोटे अंशों के लिए सही नहीं कर सकते थे, और जैसे-जैसे वे बढ़ते गए, जीपीएस माप तेजी से आगे बढ़ेगा और आगे बढ़ेगा, Google मैप्स से जीपीएस-निर्देशित मूनमेंट्स के लिए विज्ञान कथा के अलावा कुछ भी नहीं होगा।

दूसरे और जीपीएस के बीच संबंध से पता चलता है कि मेट्रोलॉजी और विज्ञान के मौलिक उत्कर्ष: शोध को आगे बढ़ाने के लिए माप के नए मानकों की आवश्यकता होती है, और बदले में माप के नए मानक अधिक उन्नत अनुसंधान की अनुमति देते हैं। जहां यह चक्र अंततः हमारी प्रजाति को ले जाएगा, वह अज्ञात है, लेकिन मीटर बार की मृत्यु और एक दिन के एक अंश के रूप में परिभाषित दूसरे के परित्याग के बाद, एक बात स्पष्ट है: आईपीके गिलोटिन के बगल में है।

द किबल बैलेंस

NIST-4 Kibble संतुलन, राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान द्वारा संचालित है। पहले कीबल संतुलन के विपरीत, NIST-4 एक बैलेंस व्हील का उपयोग करता है जो बीम के बजाय एक चरखी की तरह काम करता है। शेष राशि ने प्लांक के निरंतरता को प्रति अरब 13 भागों की अनिश्चितता के भीतर मापा। (जेनिफर लॉरेन ली / NIST)

भौतिक विज्ञानी दशकों से जानते हैं कि किलोग्राम को प्लैंक के स्थिर होने के संदर्भ में परिभाषित किया जा सकता है, लेकिन यह हाल तक नहीं था कि मेट्रोलॉजी इतनी सटीकता के साथ संख्या को मापने के लिए पर्याप्त उन्नत हो कि दुनिया एक नई परिभाषा को स्वीकार करे। 2005 तक, NIST, NPL और BIPM के वैज्ञानिकों का एक समूह, जिसे नेवेल ने "पांच का गिरोह" कहा, ने इस मुद्दे पर जोर देना शुरू कर दिया। मामले पर उनके पेपर का शीर्षक है, किलोग्राम का पुनर्वितरण: एक निर्णय जिसका समय आ गया है ।

"मैं इसे एक मील का पत्थर कागज मानता हूं, " न्यूवेल कहते हैं। "यह बहुत उत्तेजक था - इससे लोग नाराज थे।"

कागज में पहचाने गए प्लांक स्थिरांक को मापने के लिए प्रमुख तकनीकों में से एक वाट संतुलन है, पहली बार 1975 में एनपीएल में ब्रायन किब्बल द्वारा संकल्पित किया गया था। (2016 में उनकी मृत्यु के बाद, वाट संतुलन को ब्रायन किबल के सम्मान में किबल संतुलन का नाम दिया गया था।)

Kibble संतुलन एक मौलिक स्तर पर है, एक प्रौद्योगिकी का विकास जो 4, 000 से अधिक वर्षों से पीछे है: संतुलन तराजू। लेकिन दोनों की तुलना करने के लिए एक वस्तु को दूसरे के खिलाफ तौलने के बजाय, एक किबल संतुलन भौतिकविदों को इसे पकड़ने के लिए आवश्यक विद्युत चुम्बकीय बल की मात्रा के खिलाफ एक द्रव्यमान का वजन करने की अनुमति देता है।

ब्रायन किबबल के साथ काम करने वाले एनपीएल के इयान रॉबिन्सन कहते हैं, "संतुलन एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में एक कॉइल के माध्यम से एक करंट पास करने से काम करता है, और यह एक बल उत्पन्न करता है, और आप उस बल का उपयोग कर सकते हैं।" पहली वाट 1976 से आगे की ओर संतुलन करती है।

शेष राशि दो मोड में चल रही है। पहला, वजन या बल मोड, एक समान विद्युत चुम्बकीय बल के खिलाफ एक द्रव्यमान को संतुलित करता है। दूसरा मोड, वेग या कैलिब्रेशन मोड, मैग्नेट के बीच कॉइल को स्थानांतरित करने के लिए एक मोटर का उपयोग करता है जबकि द्रव्यमान संतुलन पर नहीं होता है, एक विद्युत वोल्टेज उत्पन्न करता है जो आपको विद्युत बल के माप के रूप में व्यक्त चुंबकीय क्षेत्र की ताकत देता है। नतीजतन, भार मोड में द्रव्यमान का बल वेग मोड में उत्पन्न विद्युत बल के बराबर है।

विद्युत बल की गणना दो नोबेल विजेता भौतिकविदों, ब्रायन जोसेफसन और क्लॉस वॉन क्लिटिंग के काम के लिए प्लैंक के निरंतर धन्यवाद के एक समारोह के रूप में की जा सकती है। 1962 में, जोसेफसन ने वोल्टेज से संबंधित एक क्वांटम विद्युत प्रभाव का वर्णन किया, और वॉन क्लिटिंग ने 1980 में प्रतिरोध के एक क्वांटम प्रभाव का खुलासा किया। दो खोजों ने क्वांटम माप के संदर्भ में किबल संतुलन की विद्युत शक्ति की गणना करना संभव बनाया (प्लैंक के निरंतर का उपयोग करके), जो बदले में, एक किलोग्राम के द्रव्यमान के बराबर होता है।

किब्बल संतुलन के अलावा, "गैंग ऑफ़ फाइव" पेपर प्लैंक के स्थिर गणना करने के लिए एक और तरीका बताता है - वस्तुतः शुद्ध सिलिकॉन -28 परमाणुओं के गोले का क्राफ्टिंग करके, मानवता द्वारा बनाई गई सबसे पूरी तरह से गोल वस्तुएं। गोले में एकल परमाणु का आयतन और द्रव्यमान मापा जा सकता है, जो मेट्रोलॉजिस्ट और रसायनज्ञों को अवोगाद्रो स्थिरांक (संस्थाओं की संख्या एक तिल) को परिष्कृत करने की अनुमति देता है, और अवोगाद्रो की संख्या से, पहले से ही ज्ञात समीकरणों के माध्यम से प्लैंक की गणना कर सकता है।

"आपको ऐसा करने के दो तरीकों की आवश्यकता है ताकि आपको यह विश्वास हो जाए कि एक ही विधि में कोई छिपी हुई समस्या नहीं है, " रॉबिन्सन कहते हैं।

NIST में एक श्वेत बोर्ड बताता है कि कैसे एक Kibble संतुलन एक यांत्रिक माप (एक किलोग्राम द्रव्यमान का वजन) को एक विद्युत माप (किलोग्राम के धारण करने के लिए आवश्यक विद्युत प्रवाह के बल, प्लैंक के स्थिर के एक कार्य के रूप में व्यक्त) के बराबर कर सकता है। (जे बेनेट)

किलोग्राम को पुनर्परिभाषित करने के लिए, 20 मई, 2019 को एक परिवर्तन, जिसका वजन और माप पर सामान्य सम्मेलन, एक अरब से अधिक 50 भागों की अनिश्चितता के लिए प्लैंक स्थिर की गणना करने के लिए कम से कम तीन प्रयोगों की आवश्यकता होती है, में से एक जो प्रति अरब 20 भागों की अनिश्चितता के भीतर मूल्य की गणना करना चाहिए। अंतरराष्ट्रीय सिलिकॉन क्षेत्र का प्रयास केवल 10 भागों प्रति अरब की अनिश्चितता प्राप्त करने के लिए पर्याप्त सटीक हो गया है, और चार किबल संतुलन मापों ने भी आवश्यक अनिश्चितता के भीतर मूल्यों का उत्पादन किया।

और इन सभी उपायों के परिणामस्वरूप, किलोग्राम की तुलना में बहुत अधिक परिवर्तन होने वाला है।

इकाइयों की नई अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली

किलोग्राम को पुनर्परिभाषित करने से अधिक, वेट एंड मेजर्स (CGPM) पर सामान्य सम्मेलन की 26 वीं बैठक प्लांक स्थिरांक के लिए एक निश्चित मूल्य निर्धारित कर रही है, और परिणामस्वरूप, 1960 में अपनी स्थापना के बाद अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली इकाइयों का सबसे बड़ा परिवर्तन अधिनियमित करता है। पहले, प्लांक की स्थिरांक को लगातार मापा गया, दुनिया भर में अन्य मापों के साथ औसतन, और हर कुछ वर्षों में शोध संस्थानों को नए मूल्यों की एक सूची दी गई।

डेविस कहते हैं, "कोई भी इस [वोट] पास होने के बाद प्लैंक स्थिरांक को नहीं मापेगा, क्योंकि इसका मूल्य परिभाषित किया गया होगा।"

प्लांक स्थिरांक के अलावा, अवोगाद्रो स्थिरांक को एक निश्चित मान पर सेट किया जाएगा, जैसा कि प्राथमिक आवेश ( e, एक प्रोटॉन का आवेश) और पानी का त्रिगुण बिंदु (वह तापमान जिस पर पानी ठोस रूप में मौजूद हो सकता है), तरल या गैस, 273.16 डिग्री केल्विन या 0.01 डिग्री C) के रूप में परिभाषित किया जाना है।

प्लैंक स्थिरांक को एक निरपेक्ष मान के रूप में स्थापित करके, वैज्ञानिक पारंपरिक यांत्रिक मापों से दूर हो रहे हैं और हमारी मूलभूत इकाइयों को परिभाषित करने के लिए क्वांटम विद्युत मापों के एक सूट को अपना रहे हैं। एक बार स्थिरांक को परिभाषित करने के बाद, इसका उपयोग परमाणु स्तर से लेकर ब्रह्मांडीय स्तर तक की संख्या की गणना करने के लिए किया जा सकता है, जिससे IPK को छोटे औसत दर्जे के भागों में या बड़े पैमाने पर अप करने के लिए स्केल करने की आवश्यकता होती है।

"यदि आपके पास एक कलाकृति है, तो आप केवल एक बिंदु पर अपने पैमाने पर लंगर डालते हैं, " श्लेमिंगर कहते हैं। "और एक बुनियादी निरंतरता पैमाने के बारे में परवाह नहीं करता है।"

मार्क द्वितीय किबल संतुलन के साथ इयान रॉबिन्सन। यूके में नेशनल फिजिकल लेबोरेटरी (NPL) द्वारा निर्मित, मार्क II को बाद में कनाडा के नेशनल रिसर्च काउंसिल (NRC) द्वारा अधिग्रहित किया गया था, जहां इसका उपयोग 9 बिल प्रति अरब की अनिश्चितता के भीतर प्लैंक के स्थिर मूल्य को मापने के लिए किया गया था। (एनपीएल की छवि शिष्टाचार)

प्लांक के स्थिर के लिए नया मान हमारी विद्युत इकाइयों की परिभाषा को भी बदलता है, जैसे कि एम्पीयर की 1948 परिभाषा। भौतिकविदों ने लंबे समय तक सटीक रूप से विद्युत मूल्यों की गणना के लिए जोसेफसन और वॉन क्लिटिंग प्रभावों का उपयोग किया है, लेकिन ये माप एसआई का हिस्सा नहीं हो सकते हैं जब तक कि उनके चर में से एक - प्लैंक स्थिर - एक निश्चित मूल्य है।

उन्होंने कहा, '' मुझे हमेशा इस बात का आभास होता है कि अगर मुझे अपना एसआई वोल्ट या मेरा एसआई ओम मिलना है तो मुझे किलोग्राम लेकर जाना होगा। मुझे अपनी विद्युत इकाइयों को प्राप्त करने के लिए एक यांत्रिक इकाई से गुजरना पड़ा। "यह बहुत 19 वीं सदी लग रहा था, और यह था।"

अब, विद्युत इकाइयों का उपयोग किलोग्राम प्राप्त करने के लिए किया जाएगा।

"लोग बात करते हैं, ओह यह किलोग्राम का पुन: निर्धारण है, लेकिन मुझे लगता है कि यह वास्तव में एक महत्वपूर्ण बिंदु को याद करता है, " श्लामिंगर कहते हैं। "हम इन विद्युत इकाइयों को एसआई में वापस लाने जा रहे हैं।"

ऑल पीपल के लिए, ऑल टाइम के लिए

दुनिया भर में आधा दर्जन से अधिक किबल संतुलन हैं, और दक्षिण अमेरिका से एशिया तक कई देश अपना निर्माण कर रहे हैं- क्योंकि वैज्ञानिकों के पास एक होने के बाद, उनके पास किलोग्राम और कई अन्य मूलभूत इकाइयों और उपायों को परिभाषित करने का साधन है। प्रकृति। अब किलोग्राम को एक तिजोरी तक सीमित नहीं किया जाएगा, जहां कुछ को कभी भी इसे प्राप्त करने का विशेषाधिकार है, और हर कोई इसे छूने से इतना डरता है कि इसका उपयोग नहीं किया जाता है लेकिन एक बार प्रति शताब्दी।

रॉबिन्सन कहते हैं, "अब इसका मतलब है, हम जो कर सकते हैं वह दुनिया भर में बड़े पैमाने पर निर्धारण का तरीका फैला है।"

जिन वैज्ञानिकों का काम इस परिवर्तन को प्रभावित करता है, उनके लिए नई इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ़ यूनिट्स एक ऐतिहासिक अवसर से कम नहीं है।

"मैं अभी भी इस तरह की चिंता कर रहा हूं कि यह सब एक सपना है, और कल मैं जागता हूं, और यह सच नहीं है, " श्लामिंगर कहते हैं। "मुझे लगता है कि यह चाप को खत्म कर रहा है जो लोग फ्रांसीसी क्रांति से पहले के बारे में सोचना शुरू कर रहे थे, और यह विचार सभी लोगों के लिए सभी समय के लिए माप था।"

स्टेफ़न स्लैमलिंगर ने मैरीलैंड के गेथर्सबर्ग में नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) में एक लेगो मॉडल के साथ किबल संतुलन की व्याख्या करते हुए। (जे बेनेट)

मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट के क्लाउस वॉन क्लिटिंग कहते हैं, "यह मेरे जीवन का एक मुख्य आकर्षण रहा है", जिसका नया एसआई के परिणामस्वरूप निश्चित मूल्य के रूप में निरंतर उपयोग किया जाएगा। "यह अद्भुत है। हमारे पास इन क्वांटम इकाइयों का एकीकरण है ... नई एसआई इकाइयों के साथ, और इसलिए यह एक अद्भुत स्थिति है। "

ब्रह्मांड का वर्णन करने के लिए हमारे मूलभूत मूल्यों में इस तरह के बदलाव अक्सर साथ नहीं आते हैं, और यह कल्पना करना कठिन है कि कब दोबारा होगा। मीटर को 1960 में और फिर 1984 में फिर से परिभाषित किया गया।

डेविस कहते हैं, "1967 में दूसरे को फिर से परिभाषित किया गया।" अब यह काफी क्रांतिकारी बदलाव था। "अनंत काल के लिए लोगों ने पृथ्वी के घूमने से समय बताया था, और अचानक हम सीज़ियम के एक परमाणु में कंपन में बदल गए।"

क्या दूसरे का पुनर्वितरण किलोग्राम के पुनर्परिभाषित की तुलना में मानव समझ के लिए एक अधिक मूलभूत परिवर्तन था, कहने के लिए नहीं है, लेकिन दूसरे की तरह, पुनर्निर्धारित किलोग्राम निस्संदेह हमारी प्रजातियों की उन्नति में एक उल्लेखनीय क्षण है।

डेविस कहते हैं, "अंतिम कलाकृतियों से छुटकारा पाना ... यही ऐतिहासिक बात है।" “माप मानक इन कलाकृतियों पर आधारित हैं, वास्तव में, क्योंकि कोई भी जानता है। नवपाषाण काल ​​की खुदाई मानक-मानक लंबाई, मानक द्रव्यमान दिखाती है- जो कि चीर या चट्टान या किसी चीज के छोटे टुकड़े हैं। और इसलिए लोग इसे सहस्राब्दियों से कर रहे हैं, और यह आखिरी है। "

एसआई फिर से बदल जाएगा, हालांकि मुख्य रूप से पहले से ही असीम अनिश्चितताओं को कम करने, या प्रकाश या रासायनिक माप के एक अलग तरंग दैर्ध्य पर स्विच करने के मामले के रूप में, जो कभी-कभी-थोड़ा अधिक सटीक होता है। भविष्य में, हम उन एसआई के लिए इकाइयों को उन मूल्यों के लिए भी जोड़ सकते हैं जिन्हें हमने अभी तक परिभाषित करने के लिए नहीं सोचा है। लेकिन हम अपने पूर्वजों की समझ को पीछे छोड़ने के लिए, और माप की एक नई प्रणाली को अपनाने के लिए फिर से कभी नहीं कर सकते हैं।