211service.com
De kilo en de gootsteen
In 1983 besloten natuurkundigen op de 17e Algemene Conferentie over Maten en Gewichten om de meter opnieuw te definiëren. Een eeuw lang was de meter de afstand tussen twee punten op een staaf van platina en iridium gemeten bij het smeltpunt van ijs.
Het probleem met deze definitie was niet alleen dat deze voorwaarden enigszins willekeurig waren en moeilijk te standaardiseren tijdens een meting, maar dat alleen de persoon in het bezit van de balk het experiment kon doen. Natuurkundigen wilden een meting die vrijwel iedereen kon maken.
De nieuwe definitie is de afstand die licht aflegt in een vacuüm gedurende 1/299 792 458ste van een seconde. In principe kan iedereen met een laserpointer, een stopwatch en wat andere stukjes en beetjes deze afstand bepalen. In één klap werd de meter open source.
Nu willen natuurkundigen hetzelfde doen voor de kilogram, die momenteel wordt gedefinieerd als de massa van een cilinder van platina en iridium, de International Prototype Kilogram genaamd.
Dat is een probleem, want elke keer dat het wordt opgepakt, wrijven een paar atomen van de cilinder, waardoor deze onmerkbaar lichter wordt. Om deze reden mag bijna niemand de massa meten van de International Prototype Kilogram, die is opgeslagen in een kluis in Sevres in Frankrijk. Dus niemand weet echt hoeveel massa de kilogram verliest of zelfs, of hij het gewicht wint van een dunne laag stof en onzuiverheden die zich zeker op zijn honderd jaar oude oppervlakken moet verzamelen.
Maar waarmee moet je het vervangen? De meest besproken suggestie is om voor een definitie een beroep te doen op de equivalentie tussen energie en massa. Een idee is bijvoorbeeld dat een kilogram de massa moet zijn van een lichaam waarvan de equivalente energie gelijk is aan die van een aantal fotonen waarvan de frequenties precies (299792458^2/66260693) × 10^41 hertz zijn.
Als dat redelijk genoeg klinkt, heb je er waarschijnlijk niet zo gedetailleerd over nagedacht als Ronald Fox van het Georgia Institute of Technology en een paar maatjes.
Ze wijzen erop dat een kilogram dat afhankelijk is van massa-energie-equivalentie alleen kan worden gemeten met behulp van een apparaat dat een watt-balans wordt genoemd. Dit laat een stroom door sommige spoelen lopen om een kracht te genereren die een kilogram kan dragen, waardoor deze kan worden gemeten in termen van stroom en spanning.
Maar een watt-balans is een duur stuk gereedschap dat moeilijk te gebruiken is, zeggen Fox en co. Ze wijzen erop dat degene die eigendom is van het National Institute of Standards and Technology twee verdiepingen hoog is, $ 1,5 miljoen kost om op te zetten en een team van maximaal 5 natuurkundigen vereist. En zelfs dan zijn de metingen notoir gevoelig voor ruis.
Dat is nauwelijks een apparaat waarmee wetenschappers over de hele wereld willen of kunnen spelen.
Dus Fox en co hebben nog een suggestie. Waarom zou je de kilogram niet gelijk maken aan de massa van een bepaald aantal koolstof-12-atomen, met name 2250 × 28148963 ^ 3 daarvan?
Dan zou een kilogram een kubus koolstof zijn van 8,11 cm aan elke kant (8,11 cm is ongeveer de lengte van 368.855.762 koolstofatomen naast elkaar).
Met die definitie zou bijna iedereen een kilo kunnen verdienen in zijn eigen keuken met wat koolstof en een mes.
De dag dat we een kilogram verdienden, zou zelfs het soort plezier kunnen zijn dat een nieuwe generatie wetenschappers zou kunnen betrekken en inspireren, wat op zichzelf al een goede reden zou moeten zijn om te beslissen.
Referentie: arxiv.org/abs/1005.5139 : Een betere definitie van de kilogram