La façon dont nous définissons les kilogrammes, les mètres et les secondes change aujourd'hui

La façon dont nous définissons les kilogrammes, les mètres et les secondes change aujourd'hui Une nouvelle norme définit le kilogramme à partir d'aujourd'hui. Shutterstock / Piotr Wytrazek

Nous mesurons des choses tout le temps - combien de temps, combien pèsent, combien il fait chaud, etc. - parce que nous avons besoin de choses comme le commerce, la santé et les connaissances. S'assurer que nos mesures comparent des pommes avec des pommes a toujours été un défi: comment savoir si mon poids en kilogramme ou ma longueur en mètre est identique au vôtre.

Des tentatives ont été faites pour définir les unités de mesure au fil des ans. Mais aujourd'hui - Journée internationale de la métrologie - voit le révision complète de ces normes entrent en jeu.

Vous ne remarquerez rien - vous ne serez ni plus lourd ni plus léger qu'hier - car la transition a été faite pour être transparente.

Juste les définitions des sept unités de base du SI (Système international d'unités) sont complètement différents d'hier.

La façon dont nous définissons les kilogrammes, les mètres et les secondes change aujourd'hui Nouvelles définitions des normes (SI) pour le kilogramme (kg), le mètre (m), la seconde (s), l’ampère (A), le kelvin (K), la mole (mol) et la candela (cd). BIPM, CC BY-ND

Comment nous mesurions

Les humains ont toujours été capables de compter, mais à mesure que nous évoluions, nous nous sommes rapidement tournés vers la mesure de la longueur, du poids et du temps.

Les pharaons égyptiens ont fait construire les pyramides sur la base de la longueur de l'avant-bras royal, connu sous le nom de Cubit royal. Cela a été gardé et promulgué par des prêtres ingénieurs qui maintenaient la norme sous peine de mort.

La façon dont nous définissons les kilogrammes, les mètres et les secondes change aujourd'hui La métrologie en action: peser l’âme des morts et la cubit royale égyptienne (la verge noire). Brynn Hibbert

Mais la coudée n’était pas une unité fixe dans le temps - c’était environ un demi-mètre, plus ou moins quelques dizaines de millimètres par rapport à la mesure actuelle.

La première suggestion d'un ensemble universel de mesures décimales a été faite par John Wilkins, dans 1668, alors secrétaire de la Royal Society à Londres.

L'impulsion pour faire quelque chose de concret est venue avec la Révolution française. Ce sont les Français qui ont défini les premiers étalons de longueur et de masse, avec deux étalons de platine représentant le mètre et le kilogramme le juin 22, 1799, aux Archives de la République à Paris.

Normes convenues

Les scientifiques ont soutenu cette idée, notamment le mathématicien allemand Carl Friedrich Gauss. Des représentants des pays 17 se sont réunis pour créer le Système international d’unités en signant le Traité de la Convention du mètre mai 20, 1875.

La France, dont le crédit de rue avait été malmené dans la guerre franco-prussienne et n'était plus le pouvoir scientifique qu'il était autrefois, a offert un château défait dans la forêt de Saint-Cloud en tant que foyer international du nouveau système.

La façon dont nous définissons les kilogrammes, les mètres et les secondes change aujourd'hui BIPM, siège du SI. Brynn Hibbert (2012)

Le pavillon de Breteuil abrite toujours le Bureau international de Poids et Mesures (BIPM), où réside le prototype international du kilogramme (dorénavant le Big K) dans deux coffres-forts et trois sonneries en verre.

Le Big K est un bloc de platine iridié poli utilisé pour définir le kilogramme, auquel tous les poids sont finalement mesurés. (L'original n'a été pesé que trois fois contre plusieurs copies presque identiques.)

La façon dont nous définissons les kilogrammes, les mètres et les secondes change aujourd'hui Prototype international du kilogramme (le Big K). Photographie fournie par le BIPM

Les Britanniques, qui ont joué un rôle de premier plan dans les discussions et ont fourni le kilogramme de platine iridié, ont refusé de signer le Traité avant le 1884.

Même à cette époque, le nouveau système n’était utilisé que par des scientifiques, la vie quotidienne étant mesurée en unités impériales traditionnelles telles que livres et onces, pieds et pouces.

Les États-Unis ont signé le traité ce jour-là, mais ne l'ont jamais mis en œuvre, en s’accrochant à sa propre version du système impérial britannique, qu’ils utilisent encore principalement de nos jours.

Les États-Unis ont peut-être pris cette décision dans 1999, cependant, lorsque Mars Climate Orbiter (MCO) disparu au combat. le signaler l'incident, étrangement appelé un «mésaventure» (qui a coûté US $ 193.1 en 1999), a déclaré:

[…] La cause fondamentale de la perte de la navette spatiale MCO était l'impossibilité d'utiliser des unités métriques dans le codage d'un fichier logiciel au sol, «Small Forces», utilisé dans les modèles de trajectoire.

Essentiellement, l'engin spatial a été perdu dans l'atmosphère de Mars alors qu'il entrait en orbite plus bas que prévu.

Les nouvelles définitions SI

Alors pourquoi le changement aujourd'hui? Les principaux problèmes des définitions précédentes étaient, dans le cas de la kilogramme, ils n'étaient pas stables et, pour l'unité de courant électrique, l'ampère, ne pouvaient pas être réalisés.

Et à partir des pesées contre les copies officielles, nous pensons que le Big K était en train de perdre de la masse.

Toutes les unités sont maintenant définies de manière commune en utilisant ce que le BIPM appelle leconstante explicite”Formulation.

L'idée est que nous prenons une constante universelle - par exemple, la vitesse de la lumière dans le vide - et fixons désormais sa valeur numérique à notre valeur la mieux mesurée, sans incertitude.

La réalité est fixe, le nombre est fixe et les unités sont maintenant définies.

Nous devions donc trouver sept constantes et nous assurer que toutes les mesures sont cohérentes, dans les limites de l’incertitude de mesure, puis commencer le compte à rebours aujourd’hui. (Tous les détails techniques sont disponible ici.)

L’Australie a contribué à façonner l’objet macroscopique le plus rond du globe, une sphère de silicium utilisée pour mesurer la Constante d'Avogadro, le nombre d'entités dans une quantité fixe de substance. Ceci définit maintenant l'unité SI, la mole, utilisée principalement en chimie.

La façon dont nous définissons les kilogrammes, les mètres et les secondes change aujourd'hui Walter Giardini du National Measurement Institute Australia, titulaire d'une sphère de silicium dans le cadre du projet Avogadro. Brynn Hibbert

Du standard à l'artefact

Qu'en est-il du Big K - le kilogramme standard? Aujourd'hui, il devient un objet d'une grande importance historique qui peut être pesé et sa masse aura une incertitude de mesure.

À partir d'aujourd'hui, le kilogramme est défini à l'aide de la constante de Planck, ce qui ne change pas avec la physique quantique.

Le défi consiste maintenant à expliquer ces nouvelles définitions aux personnes - en particulier aux non-scientifiques - afin qu’elles comprennent. Comparer un kilogramme à un bloc de métal est facile.

Techniquement, un kilogramme (kg) est maintenant défini:

[…] En prenant la valeur numérique fixe de la constante de Planck h être 6.626 070 15 × 10-34 lorsqu'il est exprimé dans l'unité J s, ce qui est égal à kg m2 s-1, où le compteur et le second sont définis en termes de c et ΔνCs.

A propos de l'auteur

David Brynn Hibbert, professeur émérite de chimie analytique, UNSW

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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