כולם מדברים על זה, אבל אנחנו היינו שם קודם!
***************************

עדכון לפוסט המקורי:

מחר זה קורה, וכפי שסיפרנו לכם, מדענים מיותר מ-60 מדינות יבואו לחזות בהגדרה מחדש של הקילוגרם, האמפר, הקלווין והמול. בכך יהפוך האובייקט הפיזי האחרון המשמש להגדרת יחידת מידה, ק' הגדול (Le Grand K), שמסתו מוגדרת להיות בדיוק ק"ג אחד, למיושן ולא שימושי. הקילוגרם יוגדר מחדש דרך קביעת קבוע פלאנק להיות בדיוק 6.62607015 כפול 10 בחזקת מינוס 34 ק"ג מטר בריבוע לשנייה.
אם, כצפוי, ההצעה להגדרה מחדש תתקבל, היא תיכנס לתוקף ב-20 במאי 2019.

בתמונה שפורסמה באתר Sciencemag ניתן לראות את ק' הגדול משתקף בכדור של צורן-28 שמספר האטומים שבו נספר במדוייק ונקבע להיות מספר אבוגדרו - 6.02214086 כפול 10 בחזקת 23 חלקיקים למול.

***********************************
מגזין סימטריה [1], שמתפרסם על ידי [2] FermiLab ו [3] SLAC, שתיים מהמעבדות הלאומיות החשובות ביותר בארצות הברית, פרסם שלשום (11.7.17) כתבה, המספרת שבכינוס הכללי למשקלות ומידות שיתרחש בנובמבר 2018 יקבעו, כפי הנראה, ערכים מדוייקים לכמה מקבועי הטבע, וכתוצאה מכך יוגדרו מחדש כמה יחידות מידה יסודיות[4] .

למה זה חשוב ומה המשמעות של זה?

כדי להשתמש ביחידות קבועות לצורך מדידות, יש להגדיר את היחידות האלה. למשל, כדי לדעת כמה מטרים הוא היקף כדור הארץ, על כל תושבי כדור הארץ להסכים שמודדים אורך במטרים, ועל אורכו של מטר. אוסף של כמה יחידות כאלה, שבאמצעותן ניתן להגדיר כל גודל שנרצה למדוד, נקרא מערכת יחידות. מערכת היחידות הנפוצה ביותר בעולם נקראת המערכת הבינלאומית, או SI [5].

במערכת זו זמן נמדד בשניות, מרחק במטרים, מסה בקילוגרמים, זרם חשמלי באמפר, טמפרטורה בקלווין. יש שתי יחידות נוספות - המול שבו "מודדים" מספר אטומים ויש לו חשיבות רבה בכימיה, והקנדלה שהיא מידה לעוצמת הארה. באמצעות שבע יחידות אלה (למעשה את השתיים האחרונות ניתן לקבל מהחמש הראשונות) ניתן להגדיר יחידות לכל גודל אחר שנרצה למדוד. מהירות, למשל, היא מרחק שעוברים בפרק זמן מסויים, לכן היחידות שלה יהיו יחידות של מרחק מחולקות ביחידות של זמן, ובמערכת SI זה מטר לשנייה.

אחרי שקבענו מה היחידות, צריך להגדיר אותן. ההגדרות המקוריות, שחלקן עדיין בתוקף, היו מבוססות על אובייקטים פיזיים שקל למדוד. כך למשל הוגדר המטר במקור, בשנת 1793, כעשירית המיליונית של המרחק מהקוטב הצפוני לקו המשווה, וב-1799 כאורכו של מוט מתכת ספציפי, הגדרה שהחזיקה עד 1960. באופן דומה הק"ג הוגדר כמסה של גוף ספציפי עשוי מתכת הנמצא בצרפת (הגוף עצמו הוחלף לאחרונה לפני לנעלה ממאה שנה וכיום הוא גליל עשוי סגסוגת של פלטינה ואירידיום), הגדרה זו עדיין בתוקף. השנייה הוגדרה במקור על ידי חלוקה של פרק הזמן בין מולדי ירח, אחר כך חלוקה של היממה ואחר כך של השנה.

כדי ליצור הסכמה בין מדינות שונות על ההגדרות נחתמה ב-1875 הקונבנציה המטרית, או אמנת המטר [6]. תחת אמנה זו נקבע כי אחת לארבע עד שש שנים יתקיים כנס המשקלות והמידות הכללי, הכולל נציגים מכל המדינות החברות, ובו ידונו ביחידות הקיימות ובהוספת יחידות במידת הצורך.

יש שתי סיבות, לפחות, לדון מעת לעת ביחידות הקיימות. האחת היא שיכולת המדידה שלנו משתפרת כל הזמן. אם היכולת שלנו למדוד את מסת גליל המחושת המהווה את הק"ג הסטנדרטי משתפרת, נצטרך להגדיר מחדש את יחידת המידה על פי המסה המדוייקת יותר של הגליל.

הסיבה השנייה, ובעיניי חשובה יותר, היא שהגדרות המבוססות על אובייקטים גדולים אינן אמינות. מוט המתכת המגדיר את המטר עשוי לשנות את אורכו בגלל שינויי טמפרטורה, או בגלל שהוא צובר לכלוך, או מאבד חומר בגלל חיכוך או סיבות אחרות. דרך אמינה הרבה יותר היא להגדיר יחידות מידה באמצעות קבועי טבע.

ההגדרה המודרנית של המטר נובעת מכך שקבעו את מהירות האור בריק להיות בדיוק 299,792,458 מטרים לשנייה, מה שמגדיר את המטר כמרחק שאור עובר בריק במשך 1 חלקי 299,792,458 שנייה. כיום יש ארבע יחידות המבוססות על עצמים פיזיים גדולים - הק"ג שהזכרנו, האמפר המבוסס על הזרם שצריך כדי ליצור כוח מסויים בין שני תיילים מוליכים אינסופיים באורכם (הגדרה בעייתית למימוש פיזי, לכל הדעות), הקלווין המבוססת על הפרש טמפרטורה בין האפס המוחלט לבין הטמפרטורה בה המים נמצאים בשיווי משקל בין המצבים גז, נוזל ומוצק והמול - שהוא מספר האטומים ב-12 גרם של פחמן-12.

על פי הכתבה, בכנס הקרוב יקבעו במדויק ערכיהם של מטען האלקטרון, קבוע פלאנק (קבוע טבע יסודי הקשור למכניקה הקוונטית), קבוע בולצמן (קבוע טבע יסודי הקשור לתרמודינמיקה) ומספר אבוגדרו - מספר החלקיקים במול של חומר.

קביעות אלה יאפשרו להגדיר את ארבע היחידות שנותרו ללא קשר לאובייקטים פיזיים, צעד בעל חשיבות לא מבוטלת.