Le kilogramme n'est plus une chose. Au lieu de cela, c'est une idée abstraite sur la lumière et l'énergie.
À ce jour (20 mai), les physiciens ont remplacé l'ancien kilogramme - un cylindre de platine-iridium de 130 ans pesant 2,2 livres (1 kilogramme) assis dans une pièce en France - par une mesure abstraite et immuable basée sur des quadrillions de les particules de lumière et la constante de Planck (une caractéristique fondamentale de notre univers).
Dans un sens, il s'agit d'une réalisation grandiose (et étonnamment difficile). Le kilogramme est fixé pour toujours maintenant. Il ne peut pas changer avec le temps car le cylindre perd un atome ici ou un atome là-bas. Cela signifie que les humains pourraient communiquer cette unité de masse, en termes de science brute, aux extraterrestres de l'espace. Le kilogramme est maintenant une simple vérité, une idée qui peut être transportée n'importe où dans l'univers sans prendre la peine d'apporter un cylindre avec vous.
Et encore… alors quoi? En pratique, le nouveau kilogramme pèse, à quelques parties près par milliard, exactement autant que l'ancien kilogramme. Si vous pesiez 93 kilogrammes (204 livres) hier, vous peserez 93 kilogrammes aujourd'hui et demain. Ce n'est que dans quelques applications scientifiques étroites que la nouvelle définition fera la différence.
Ce qui est vraiment fascinant ici, ce n'est pas que, pratiquement, la façon dont la plupart d'entre nous utilisons le kilogramme va changer. C'est à quel point il s'est avéré difficile de définir rigoureusement une unité de masse.
D'autres forces fondamentales ont depuis longtemps été comprises en termes de réalité fondamentale. Une seconde fois? Une fois, selon l'Institut national des normes et de la technologie (NIST), il a été défini en termes de balançoires d'une horloge à pendule. Mais maintenant, les scientifiques comprennent une seconde comme le temps qu'il faut à un atome de césium 133 pour passer par 9 192 631 770 cycles de libération de rayonnement micro-ondes. Un mètre? C'est la distance parcourue par la lumière au 1/299 792 458e de seconde.
Mais la masse n'est pas comme ça. Nous mesurons généralement des kilogrammes en termes de poids - combien cette chose pousse-t-elle sur une balance? Mais c'est une mesure qui dépend de l'endroit où vous effectuez la pesée réelle. Ce cylindre en France pèserait beaucoup moins si vous l'apportiez sur la lune, et même un tout petit peu plus ou un tout petit peu moins si vous l'apportiez dans d'autres parties de la Terre.
Comme l'explique le NIST, le nouveau kilogramme est basé sur la relation fondamentale entre la masse et l'énergie - la relation énoncée en partie dans E = mc ^ 2 d'Einstein, ce qui signifie que l'énergie est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré. La masse peut être convertie en énergie et vice versa. Et, par rapport à la masse, l'énergie est plus facile à mesurer et à définir en termes discrets.
C'est grâce à une autre équation, encore plus ancienne que E = mc ^ 2. Le physicien Max Planck a montré en 1900 que E = hv, selon le NIST. Il a montré que, à une échelle suffisamment petite, l'énergie peut monter et descendre, et seulement par étapes. E = hv signifie que l'énergie est égale à "v" - la fréquence d'une particule, comme un photon - multipliée par "h" - le nombre 6,62607015 × 10 ^ moins34 également connu sous le nom de constante de Planck.
"v" dans E = hv doit toujours être un entier, comme 1, 2, 3 ou 6 492. Aucune fraction ou décimale n'est autorisée. Ainsi, l'énergie est par nature discrète, montant et descendant par pas de "h" (6,62607015 × 10 ^ moins34).
Le nouveau kilogramme rassemble E = mc ^ 2 et E = hv. Cela permet aux scientifiques de définir la masse en termes de constante de Planck, une caractéristique immuable de l'univers. Une coalition internationale de laboratoires scientifiques s'est réunie pour effectuer les mesures les plus précises de la constante de Planck à ce jour, avec une certitude de quelques parties par milliard. La masse du nouveau kilogramme correspond à l'énergie de 1,4755214 fois 10 ^ 40 photons qui oscillent aux mêmes fréquences que les 133 atomes de césium utilisés dans les horloges atomiques.
Ce n'est pas la chose la plus simple de s'en tenir à une balance. Mais, à titre d'idée, il est beaucoup plus portable qu'un cylindre d'alliage platine-iridium.
