Füüsika fundamentaalkoguste ajalugu

Arvestades meie kasvavat arusaama põhikonstantidest, uuendatakse rahvusvahelises kaubanduses, äris ja teaduses tavaliselt kasutatavat füüsiliste mõõtmete määratlemise süsteemi.

Mõõdikusüsteem töötati välja Prantsuse revolutsiooni ajal ja see on praeguse rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi (SI, prantsuse keeles Système International d'Unités) algus. Praegune SI loodi ametlikult 1960. aastal.

Uus kaalude ja mõõtude süsteem järgis John Wilkinsi sajand tagasi tehtud ettepanekut, mille kohaselt kasutati pikkuse, mahu ja massi põhimõõtühikuna meetrit.

Mõõtur on inspireeritud loomulikust pidevast eksisteerimismõttest: üks kümnemiljondik meridiaanist, mis kulgeb läbi Pariisi põhjapoolusest ekvaatorini.

Pärast mahu- ja massiühikute määratlemist määratleti kilogramm ühe liitri destilleeritud vee massina temperatuuril 4 °C. Nendel määratlustel põhinevad kaks plaatina tööstandardit pikkuse ja massi kohta deponeeriti hiljem 1799. aastal Pariisi arhiivi de la République. Markii de Condorcet’ sõnade kohaselt loodi uhiuus mõõtmissüsteem “kõigi aegade ja kõigi rahvaste jaoks”.

Kolm rahvusvahelist organisatsiooni, Kaalude ja Mõõtude Peakonverents (CGPM), Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Komitee (CIPM) ning Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Büroo asutati 76 aastat pärast arvestikonventsiooni (BIPM) allakirjutamist. Nende ülesandeks on tehniliselt kaitsta SI-d ja nad jätkavad seda endiselt.

Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI) on elav, dünaamiline süsteem, mis kohandub uute teabe- ja mõõtmisvajadustega, kuid on kohati aeglane võrreldes teaduse tohutu arengutempoga. Näiteks 18. ja 19. sajandil avastasid loodusfilosoofid ja teadlased, et neil on vaja uusi mõõtühikuid, kui nad püüdsid kasutada pikkuse, massi ja aja (astronoomiliste vaatlustega määratud aeg) süsteemi, et mõõta äsja avastatud nähtusi nagu magnetism ja elekter ning energia mõiste.

Uue teaduse pioneerid, nagu Carl Friedrich Gauss, Wilhelm Weber, James Clerk Maxwell ja Lord Kelvin, aitasid kaasa süsteemi laiendamisele ja aitasid luua teoreetilise aluse sidusale süsteemile, millel on põhilised mehaanilised ühikud, millest saab tuletatud ühikuid tuletada. vajadusel.

Koherentsed tuletatud ühikud olid põhiühikute astmete 1 korrutised eelteguriga ja süsteem andis üksikasjalikud selgitused selle kohta, kuidas baasühikuid mõõtmise kaudu instantseerida.

Kronoloogia joonisel 1 näitab, et vaatamata paljudele muudatustele sisaldab SI endiselt seda põhiühikute komplekti, sealhulgas 7 põhiühikut (ja nende rakendamiseks seotud definitsioone) pluss 22 tuletatud ühikut unikaalsete nimede ja sümbolitega. Siiski on kasvav rahvusvaheline konsensus SI uuesti väljatöötamiseks, et kajastada kaasaegset arusaama füüsilisest maailmast. Selle asemel, et määratleda seitse põhiühikut ja järjekindlalt tuletatud ühikuid, eeldab tulevase SI kavandatud raamistik seitsme põhikonstandi täpseid väärtusi, mille suhtes kõik SI ühikud realiseeritakse. Põhiühikuid ja nende tähendusi enam ei kasutata.

Ühikute süsteemi loomine

Kõiki füüsikalisi mõõte väljendava ühikusüsteemi väljatöötamisel tuleb arvesse võtta kõiki füüsikalisi suurusi ja neid suurusi ühendavaid võrrandeid, st füüsika aktsepteeritud põhimõtteid.

See on lihtne näide suhtest; kus F jõud, mass m, kiirendus a, kiirus v, pikkus x ja aeg t on kõik suurused ja seosed on Newtoni teine ​​liikumisseadus ja põhidünaamika.

Valides hoolikalt sõltumatute põhisuuruste alamhulga, saab füüsika aktsepteeritud põhimõtteid kasutada valitud alamhulga funktsioonidena muude väärtuste järeldamiseks.

Kuigi olulisi koguseid saab valida mitmel viisil, peaksid need kõik olema kõikehõlmavad ja mitte üleliigsed. Näiteks kui kõik, mida me füüsilise maailma kohta teame, oleks võrrand 1 (kuus suurust, kolm piirangut), oleks jõu või massi ja mis tahes kahe ülejäänud viiest suurusest valimine tulemuseks kolmest põhisuurusest koosnev eraldi komplekt.

Kuid me pole veel lõpetanud. Mõõtühikute süsteemi täielikuks kirjeldamiseks peame andma igale baaskogusele kordumatu võrdluskoguse.

Praeguse SI massi põhihulk – kilogrammi rahvusvaheline prototüüp – on näide sellistest unikaalsetest esemetest, mida saab kasutada võrdluskogusena (IPK). alternatiivselt energiaekvivalentsuse suhetes

Viidetena võib kasutada ka Plancki konstanti h, valguse kiirust c, elementaarosakese laengut e ja Boltzmanni konstanti k, kuna need on teadaolevate väärtustega invariandid.

Aeg, pikkus, mass, elektrivool, termodünaamiline temperatuur, aine hulk ja valguse intensiivsus on seitse põhisuurust, mis moodustavad praeguse SI. Need määratlused on spetsiaalsed võrdluskogused. Teisisõnu, baasühikute määratlused – sekundid, meetrid, kilogrammid, amper, kelvin, mool ja kandela – on kehtivas SI võrdlussuurused.

Allikas: physicstoday – David Newwell

David Newell on CODATA põhikonstantide töörühma esimees ja Gaithersburgis, Marylandis asuva riikliku standardi- ja tehnoloogiainstituudi füüsik.

Günceleme: 27/10/2022 18:44