Kilôgam không phải là một điều nữa. Thay vào đó, đó là một ý tưởng trừu tượng về ánh sáng và năng lượng.
Cho đến ngày hôm nay (20 tháng 5), các nhà vật lý đã thay thế kilogam cũ - một xi-lanh platinum-iridium 130 tuổi, nặng 2,2 pound (1 kg) ngồi trong một căn phòng ở Pháp - bằng một phép đo trừu tượng, không thay đổi dựa trên tứ giác các hạt ánh sáng và hằng số Planck (một tính năng cơ bản của vũ trụ của chúng ta).
Theo một nghĩa nào đó, đây là một thành tựu lớn (và khó khăn đáng ngạc nhiên). Các kilôgam được cố định mãi mãi. Nó không thể thay đổi theo thời gian vì hình trụ mất một nguyên tử ở đây hoặc một nguyên tử ở đó. Điều đó có nghĩa là con người có thể truyền đạt đơn vị khối lượng này, về mặt khoa học thô, cho người ngoài hành tinh không gian. Kilôgam bây giờ là một sự thật đơn giản, một ý tưởng có thể được thực hiện ở bất cứ đâu trong vũ trụ mà không cần phải mang theo một hình trụ bên mình.
Và vẫn thế thì sao? Thực tế mà nói, kilôgam mới có trọng lượng, chỉ trong vài phần tỷ, chính xác bằng số kilôgam cũ đã làm. Nếu bạn nặng 93 kg (204 pounds) ngày hôm qua, bạn sẽ nặng 93 kg hôm nay và ngày mai. Chỉ trong một vài ứng dụng khoa học hẹp, định nghĩa mới sẽ tạo ra sự khác biệt.
Điều thực sự hấp dẫn ở đây không phải là, thực tế mà nói, cách mà hầu hết chúng ta sử dụng kilogam sẽ thay đổi. Thật khó khăn khi hóa ra việc xác định chặt chẽ một đơn vị khối lượng.
Các lực lượng cơ bản khác từ lâu đã được hiểu theo nghĩa thực tế cơ bản. Một giây của thời gian? Một lần, theo Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST), nó được định nghĩa theo sự dao động của đồng hồ quả lắc. Nhưng bây giờ các nhà khoa học hiểu một giây là thời gian cần một nguyên tử xê-ri 133 để trải qua 9.192.631.770 chu kỳ giải phóng bức xạ vi sóng. Một mét? Đó là khoảng cách ánh sáng truyền đi trong 1 / 299,792,458 giây.
Nhưng đại chúng không như thế. Chúng tôi thường đo kilôgam về trọng lượng - thứ này đẩy xuống bao nhiêu? Nhưng đó là một phép đo phụ thuộc vào nơi bạn thực hiện cân nặng thực tế. Hình trụ đó ở Pháp sẽ nặng hơn rất nhiều nếu bạn mang nó lên mặt trăng, và thậm chí ít hơn một chút hoặc ít hơn một chút nếu bạn mang nó đến các phần khác của Trái đất.
Như NIST giải thích, kilôgam mới dựa trên mối quan hệ cơ bản giữa khối lượng và năng lượng - mối quan hệ được nêu ra một phần trong E = mc ^ 2 của Einstein, có nghĩa là năng lượng bằng tốc độ nhân với tốc độ của bình phương ánh sáng. Khối lượng có thể được chuyển đổi thành năng lượng và ngược lại. Và, so với khối lượng, năng lượng dễ dàng hơn để đo lường và xác định theo các thuật ngữ riêng biệt.
Đó là nhờ một phương trình khác, thậm chí cũ hơn E = mc ^ 2. Nhà vật lý Max Planck đã chỉ ra vào năm 1900 rằng E = hv, theo NIST. Ông đã chỉ ra rằng, ở quy mô đủ nhỏ, năng lượng có thể lên xuống và chỉ trong các bước. E = hv có nghĩa là năng lượng bằng "v" - tần số của một số hạt, giống như một photon - nhân với "h" - số 6.62607015 × 10 ^ trừ 34 còn được gọi là hằng số Planck.
"v" trong E = hv phải luôn là một số nguyên, như 1, 2, 3 hoặc 6.492. Không có phân số hoặc số thập phân được phép. Vì vậy, năng lượng về bản chất là rời rạc, đi lên và xuống theo các bước của "h" (6.62607015 × 10 ^ trừ34).
Kilôgam mới mang E = mc ^ 2 và E = hv lại với nhau. Điều đó cho phép các nhà khoa học xác định khối lượng theo hằng số Planck, một tính năng không thay đổi của vũ trụ. Một liên minh quốc tế gồm các phòng thí nghiệm khoa học đã cùng nhau thực hiện các phép đo chính xác nhất về hằng số Planck, chắc chắn chỉ trong vài phần tỷ. Khối lượng của kilôgam mới tương ứng với năng lượng của 1.4755214 nhân 10 ^ 40 photon đang dao động ở cùng tần số với các nguyên tử Caesium 133 được sử dụng trong đồng hồ nguyên tử.
Đó không phải là điều dễ nhất để bám trên bàn cân. Nhưng, như một ý tưởng, nó di động hơn nhiều so với một xi lanh hợp kim platinum-iridium.
