Das Kilogramm ist keine Sache mehr. Stattdessen ist es eine abstrakte Vorstellung von Licht und Energie.
Bis heute (20. Mai) haben Physiker das alte Kilogramm - einen 130 Jahre alten Platin-Iridium-Zylinder mit einem Gewicht von 1 kg (2,2 Pfund), der in einem Raum in Frankreich sitzt - durch ein abstraktes, unveränderliches Maß ersetzt, das auf Billiarden von basiert Lichtteilchen und Plancksche Konstante (ein grundlegendes Merkmal unseres Universums).
In gewisser Hinsicht ist dies eine großartige (und überraschend schwierige) Leistung. Das Kilogramm ist jetzt für immer festgelegt. Es kann sich im Laufe der Zeit nicht ändern, da der Zylinder hier oder dort ein Atom verliert. Das bedeutet, dass Menschen diese Masseneinheit in Bezug auf die Rohwissenschaft an Außerirdische im Weltraum weitergeben können. Das Kilogramm ist jetzt eine einfache Wahrheit, eine Idee, die überall im Universum getragen werden kann, ohne sich die Mühe zu machen, einen Zylinder mitzubringen.
Und trotzdem ... na und? In der Praxis wiegt das neue Kilogramm bis auf wenige Teile pro Milliarde genau so viel wie das alte Kilogramm. Wenn Sie gestern 93 Kilogramm gewogen haben, wiegen Sie heute und morgen 93 Kilogramm. Nur in wenigen engen wissenschaftlichen Anwendungen wird die neue Definition einen Unterschied machen.
Was hier wirklich fasziniert, ist nicht, dass sich die Art und Weise, wie die meisten von uns das Kilogramm verwenden, praktisch ändern wird. Es ist verdammt schwierig, eine Masseneinheit genau zu definieren.
Andere fundamentale Kräfte sind längst als fundamentale Realität verstanden worden. Ein zweites Mal? Nach Angaben des Nationalen Instituts für Standards und Technologie (NIST) wurde es einmal als Schwingung einer Pendeluhr definiert. Aber jetzt verstehen Wissenschaftler eine Sekunde als die Zeit, die ein Atom Cäsium 133 benötigt, um 9.192.631.770 Zyklen der Freisetzung von Mikrowellenstrahlung zu durchlaufen. Ein Meter? Das ist die Entfernung, die das Licht in 1 / 299,792,458stel Sekunde zurücklegt.
Aber Masse ist nicht so. Wir messen normalerweise Kilogramm in Bezug auf das Gewicht - wie viel drückt dieses Ding auf einer Waage nach unten? Dies ist jedoch eine Messung, die davon abhängt, wo Sie das eigentliche Wiegen durchführen. Dieser Zylinder in Frankreich würde viel weniger wiegen, wenn Sie ihn zum Mond bringen würden, und sogar ein kleines bisschen mehr oder ein bisschen weniger, wenn Sie ihn in andere Teile der Erde bringen würden.
Wie NIST erklärt, basiert das neue Kilogramm auf der grundlegenden Beziehung zwischen Masse und Energie - der Beziehung, die teilweise in Einsteins E = mc ^ 2 dargelegt ist, was bedeutet, dass Energie gleich Masse mal Lichtgeschwindigkeit im Quadrat ist. Masse kann in Energie umgewandelt werden und umgekehrt. Und im Vergleich zur Masse ist Energie einfacher zu messen und diskret zu definieren.
Das liegt an einer anderen Gleichung, die noch älter als E = mc ^ 2 ist. Der Physiker Max Planck zeigte 1900 nach NIST, dass E = hv ist. Er zeigte, dass Energie in einem ausreichend kleinen Maßstab auf und ab gehen kann, und zwar nur in Schritten. E = hv bedeutet, dass Energie gleich "v" ist - der Frequenz eines Teilchens wie eines Photons - multipliziert mit "h" - der Zahl 6.62607015 × 10 ^ minus34, auch als Plancksche Konstante bekannt.
"v" in E = hv muss immer eine ganze Zahl sein, wie 1, 2, 3 oder 6.492. Keine Brüche oder Dezimalstellen erlaubt. Energie ist also von Natur aus diskret und geht in Schritten von "h" (6.62607015 × 10 ^ minus34) auf und ab.
Das neue Kilogramm bringt E = mc ^ 2 und E = hv zusammen. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, die Masse anhand der Planckschen Konstante zu definieren, einem unveränderlichen Merkmal des Universums. Eine internationale Koalition von Wissenschaftslabors kam zusammen, um die bisher genauesten Messungen der Planckschen Konstante mit nur wenigen Teilen pro Milliarde durchzuführen. Die Masse des neuen Kilogramms entspricht der Energie von 1,4755214 mal 10 ^ 40 Photonen, die mit den gleichen Frequenzen schwingen wie die in Atomuhren verwendeten Cäsium-133-Atome.
Es ist nicht die einfachste Sache, auf einer Skala zu bleiben. Aber als Idee ist es viel tragbarer als ein Zylinder aus Platin-Iridium-Legierung.
