Sevres.science / Układ SI

Siedem stałych definiujących

Siedem liczb

• Częstotliwość przejścia nadsubtelnego cezu 133 → sekundaΔν_Cs = 9 192 631 770 Hz
• Prędkość światła w próżni → metrc = 299 792 458 m/s
• Stała Plancka → kilogramh = 6,626 070 15 × 10⁻³⁴ J s
• Ładunek elementarny → ampere = 1,602 176 634 × 10⁻¹⁹ C
• Stała Boltzmanna → kelwink = 1,380 649 × 10⁻²³ J/K
• Stała Avogadra → molN_A = 6,022 140 76 × 10²³ mol⁻¹
• Skuteczność świetlna promieniowania 540 THz → kandelaK_cd = 683 lm/W

Trzy były już ustalone

Częstotliwość cezu definiuje sekundę od lat 1967–1968. Prędkość światła definiuje metr od 1983 roku. Skuteczność świetlna K_cd definiuje kandelę od 1979 roku. Zmiana z 2019 roku pozostawiła wszystkie trzy bez zmian.

Dlaczego stałe, a nie przedmioty

Przez 130 lat kilogram był jednym przedmiotem przechowywanym w sejfie w Sèvres. Od tego jednego walca zależało w układzie SI wszystko, co miało jakąkolwiek masę. Jego masa wynosiła dokładnie jeden kilogram z definicji, więc gdyby się zmieniła, nikt nie mógłby tego stwierdzić: razem z nią zmieniłby się kilogram całego świata.

Stała przyrody nie ma tej słabości. Prędkość światła czy stała Plancka jest taka sama w każdym laboratorium i w każdym czasie, więc każdy, kto ma odpowiednie doświadczenie, może zrealizować jednostkę bez podróży do Sèvres. Definicje przestają też zależeć od techniki danego stulecia: lepsze doświadczenia dają po prostu lepsze realizacje.

Cztery ustalono w 2018 roku

W listopadzie 2018 roku 26. Generalna Konferencja Miar ustaliła wartości stałej Plancka, ładunku elementarnego, stałej Boltzmanna i stałej Avogadra. Liczby wzięto ze specjalnego uzgodnienia najlepszych dostępnych pomiarów, przygotowanego przez CODATA w 2017 roku.

Wartości dobrano tak, by jak najwierniej odpowiadały dawnym jednostkom, żeby zmiany nie dało się zauważyć w codziennym życiu. Jednocześnie uchylono dotychczasowe definicje wszystkich siedmiu jednostek podstawowych.

Co odtąd się mierzy

Ustalenie czterech stałych oznaczało uwolnienie czterech innych liczb, które dotąd były dokładne z definicji. Masę międzynarodowego prototypu kilograma, temperaturę punktu potrójnego wody (273,16 K), masę molową węgla 12 (0,012 kg/mol) i stałą magnetyczną μ₀ wyznacza się teraz doświadczalnie.

W dniu zmiany każda z tych wielkości miała dawną wartość, już z niewielką niepewnością względną: od około dwóch części na dziesięć miliardów (stała magnetyczna) do czterech części na dziesięć milionów (punkt potrójny wody). Przyszłe pomiary mogą je minimalnie przesunąć.

Czy coś się zmieniło dla ciebie?

Nie. BIPM wyjaśnia, że zwykłe pomiary nie zostały naruszone, a pomiary wykonane według dawnych definicji pozostają ważne w granicach podanych niepewności. Wagi, termometry i miarki nie wymagały ponownej kalibracji. Pracę wykonały krajowe instytuty metrologiczne i najdokładniejsze laboratoria.

Najpierw zmierzone, potem ustalone

Zanim cztery stałe można było ustalić, trzeba je było zmierzyć z niepewnością na tyle małą, by nie zaburzyć jednostek. Stałą Plancka mierzono wagami Kibble’a, a za pośrednictwem stałej Avogadra – kulami z krzemu 28. Te same doświadczenia działają dziś w drugą stronę: przy ustalonej stałej realizują kilogram.

Co może zmienić się następne

Częstotliwość cezu, która definiuje sekundę, może sama zostać zastąpiona. Zegary optyczne są dziś o około dwa rzędy wielkości dokładniejsze od fontann cezowych, a trwają prace nad nową definicją, opartą na jednym przejściu optycznym albo na połączeniu kilku. W 2026 roku Generalna Konferencja poprosiła o przedstawienie propozycji na następnym posiedzeniu, w 2030 roku, odnotowując, że konsensusu co do metody jeszcze nie ma. W codziennym odmierzaniu czasu nic się nie zmieni.