Ці константи дають вимірювання CNRS Le journal
Ти тут
Від королівської системи до квантової механіки
Одиниці, народжені з констант
Перевизначення семи базових одиниць (метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, моль та канделя) буде, таким чином, базуватися на явному постійному формулюванні, тобто визначенні, в якому одиниця визначається опосередковано, даючи точне значення при визнаній фундаментальній константі. "Ми визначаємо як фундаментальну константу фізичної теорії будь-який параметр, значення якого ця теорія не може передбачити", вказує Жан-Філіп Узан2. Тому це значення можна отримати лише емпіричним шляхом шляхом вимірювання. Досягнення приладобудування вже дозволили виміряти досить точно, щоб було прийнято рішення встановити точні значення для деяких з них. Отже, після значення проти, швидкість світла, зафіксована з 1983 р., настала черга h, Константа Планка, о e, електричний заряд електрона, k, Константа Больцмана, і Не застосовується, Константа Авогадро, яка тепер буде закарбована в таблицях ІС.
Таким чином, Генеральна конференція мір і ваг (CGPM) надала дуже детальну дорожню карту щодо того, як слід повторно виміряти різні основні константи, які беруть участь у новій СІ, перш ніж остаточно встановити їх числові значення. Наприклад, для константи Планка CGPM потрібні два незалежні методи, кожен з яких впроваджений у декількох метрологічних лабораторіях по всьому світу. Перший заснований на балансі Кібл (відомий також як "ватний баланс"), який врівноважує маси за допомогою електромагнітних сил. Другий - підрахувати атоми кремнієвої кулі діаметром 10 сантиметрів, щоб визначити константу Авогадро, а потім вивести значення для константи Планка, використовуючи інші відомі основні константи.
Тут знову дискусії були напруженими. «Ці два методи не дають абсолютно однакового результату. Раптом деякі воліли б трохи відкласти термін, щоб прийняти нову систему ", зазначає Крістіан Борде, президент Комітету з науки і метрології Академії наук. Однак, "різні вимірювання знаходяться в межах похибок, встановлених Консультативним комітетом по масах і пов'язаних з ними величинах", вказує Франсуа Нез з лабораторії Кастлера-Бросселя (LKB) 3 і член Комітету даних з науки і техніки ( Кода). Спосіб сказати, що ми повинні врешті-решт прийняти рішення.
Для протоколу, французька команда зі Спільної метрологічної лабораторії LNE-Cnam надала значення константи Больцмана (k) з найнижчою відносною невизначеністю, 0,57x10 -6, нижчою в три рази ніж стан техніки. Так що величина, отримана французькими фізиками, складе 55% від вартості k, який в кінцевому підсумку буде вкладений у камінь. Крім того, Франція робить свій внесок у вартість h завдяки балансу Кіббла Національної метрологічної та випробувальної лабораторії (LNE) Трап (Івлін) та вимірюванню інших основних констант в LKB.
Саме ці дрібні корективи є роботою Codata, відповідальної за оновлення переліку та значення основних констант фізики з 1966 року. "Наша робота полягає у проведенні синтезу різних вимірювань, які вважаються дійсними для визначення основних константи. Найбільш вірогідні їх значення отримують за допомогою регулювання типу “найменші квадрати” з усіх вимірювань та співвідношень фізики, які пов’язують ці константи. Це забезпечує узгодженість цілого », - пояснює Франсуа Нез. Узгодженість, яку Міжнародний комітет з мір та ваг визнав достатньою в кінці 2017 року на своїй 106-й сесії, зазначивши, що умови, встановлені для перегляду SI, були дотримані, що відкрило шлях до прийняття нової системи запланованим CGPM за листопад.
Необчислювані значення
"Числове значення будь-якої константи повністю залежить від обраної системи одиниць," згадує Жан-Філіп Узан. Наприклад, фізики високих енергій іноді використовують одиниці Планка, для яких значення констант h, проти і G за домовленістю всі зафіксовані на 1, що значно спрощує написання рівнянь, що описують фізичні закони ... але дає непрактичні одиниці, як тільки ми залишаємо область нескінченно малого.
Фізик і гносеолог Жан-Марк Леві-Леблон4 зазначає, що "ці універсальні константи не лише відіграють стандартну роль у визначенні та вимірюванні фізичних величин. Вони також використовуються як стандарти дійсності для фізичних теорій. Цей аспект часто підсумовується в твердженнях, таких як: «Галілеєва відносність отримується з ейнштейнівської теорії відносності, коли константа c прагне до нескінченності», або ще раз: «квантова механіка зводиться до класичної механіки, коли константа де Планка прагне до нуля». "
"Точні" константи, зафіксовані СІ, насправді є лише підмножиною з тридцяти або близько того, що ми знаходимо в рівняннях, що описують фізичні закони, що керують нашим Всесвітом: це переходить від гравітаційної константи до маси частинок. константи зв’язку різних сил природи. Неможливо обчислити, ці фундаментальні константи також підкреслюють межі наших фізичних теорій. "Більшість фізиків впевнені, що майбутня теорія фундаментальних частинок пояснить (або, принаймні, повинна пояснити) різноманітність їх маси від кількох констант глибшого рівня, будь то маси більш елементарних складових або певної характерної довжини, відзначає Жан-Марк Леві-Леблон. Коли ми побудуємо цю теорію, ці маси повністю покинуть таблицю основних констант, і їх статус стане статусом похідних величин. "
Синтезуйте поняття
Кількість і статус констант, що використовуються фізиками, відображають еволюцію фізичних теорій, роблячи явною єдність певних фізичних явищ. "Шляхом побудови мостів між величинами, які колись вважалися незмірними, константи дозволяють появу нових концепцій", - зазначає Жан-Філіп Узан. наприклад, проти робить синтез між простором і часом постійною Планка h пов'язує поняття енергії та частоти та гравітаційної константи G створює зв’язок між речовиною та простором-часом. Концептуальне об’єднання, яке змінює статус відповідних констант і навіть може призвести до відмови від певних величин і одиниць. «Відкриття Джоулем того факту, що тепло і енергія є двома формами енергії, призвело до того, що константа Джоуля, яка виражає пропорційність між роботою та теплом, втрачає будь-який фізичний сенс і стає простим коефіцієнтом перетворення. Між одиницями вимірювання тепла (калорій) та роботою (джоуль). У наш час калорійність застаріла. "♦
_______________________________
Для подальшого
"На замовлення 7 одиниць світу", виставка в Musée des Arts et Métiers, Париж, з 16 жовтня 2018 року по 5 травня 2019 року. Вона досліджує у п’яти розділах всюдисущість вимірювання у нашому повсякденному житті, його історію, його символіку, складність акту вимірювання завдяки великій кількості представлених інструментів і, нарешті, їх застосуванню в багатьох галузях діяльності. Відео пропонують відвідувачеві «зустрітися» з дослідниками та спеціалістами, щоб зрозуміти, чому і як визначено сім основних одиниць, які дозволяють нам кількісно визначити світ. Створений Національною консерваторією декоративно-прикладного мистецтва та Національною лабораторією метрології та випробувань, партнером якої є CNRS, він повторює 26-те засідання Генеральної конференції мір та ваг, яке з 13 по 16 листопада 2018 року у Версалі, оформить нові визначення кілограма, ампера, кельвіна та родимки.