Vuosien 2018--2019 kansainvälisen mittayksiköiden uudelleenmäärittely

Kansainvälisen paino- ja mittakomitean (CIPM) alakomitea on ehdottanut kansainvälisen järjestelmän perusyksikköjen määritelmän tarkistamista .

Resoluutio 1 hyväksymän yleisen paino- ja toimenpiteet (GFCM) sen 24 th  kokouksessa, vuonna 2011, totesi aikomus CIPM ehdottaa tarkistamista SI. Aikana 25 : nnen CGPM, vuonna 2014, CIPM mielestä "edistyksestä huolimatta, käytettävissä olevat tiedot eivät vielä tunnu riittävän vankka GFCM hyväksyi IF tarkistettu sen 25 th kokouksessa" ja kannustaa jatkamaan työtä, kunnes 26 th CGPM, 2018 vuonna 2018, nämä päätöslauselmat ohitettu 26 : nnen GFCM.

Ehdotetut muutokset on tiivistetty seuraavasti:

”Aina on samat seitsemän perusyksikköä ( toinen , metri , kilogramma , ampeeri , kelvin , myyrä ja kandela ). Kilogramma, ampeeri, kelviini ja mooli määritellään uudelleen ottamalla tarkat numeeriset arvot Planckin vakiosta , alkeissähkövarauksesta , Boltzmann-vakiosta ja Avogadro-luvusta . Fyysiset vakiot määrittävät jo toisen, mittarin ja kandelan, ja on vain tarpeen päivittää niiden määritelmät. Uudet määritelmät parantavat SI: tä muuttamatta yksiköiden arvoa. "

SI-esitteen yhdeksäs painos antaa yksityiskohtaiset tiedot näistä muutoksista.

Viimeinen merkittävä metrisen järjestelmän tarkistus tapahtui vuonna 1960, jolloin kansainvälinen mittayksikköjärjestelmä julkaistiin virallisesti yhtenäisenä mittayksikköjoukona. SI on rakennettu seitsemän perusyksikön ympärille, joilla on näennäisesti mielivaltaiset määritelmät, ja kaksikymmentä muuta näistä perusyksiköistä johdettua yksikköä. Vaikka yksiköt itse muodostavat yhtenäisen järjestelmän, määritelmät eivät. Näillä ehdotuksilla pyritään korjaamaan tämä tila käyttämällä perusyksiköiden määrittelemiseen luonnon perusvakioita. Tämä merkitsee muun muassa tavallisen kilogramman hylkäämistä . Toinen ja mittari on jo määritelty tällä tavalla.

Tarkistetuista määritelmistä on ollut paljon kritiikkiä niiden esittämisen jälkeen, ja on sanottu, että SI: n tarkistaminen edellyttää rehellisiä ja avoimia keskusteluja ennen päätösten tekemistä.

Kantayksikköjä kansainvälisen järjestelmän nyt uudelleen seitsemän fysikaaliset vakiot jonka tarkka arvo on lopullisesti vahvistettu. Uudistus tuli voimaan20. toukokuuta 2019.

Asiayhteys

Vuonna 1875 kaksikymmentä teollistuneinta maata tapasi mittarikokouksessa . Tuloksena on mittarisopimuksen allekirjoittaminen, joka perustaa kolme organisaatiota, jotka vastaavat kansainvälisesti mittayksiköiden sääntelystä:

Vuodesta 1960 lähtien, jolloin mittarin määritelmä on sidottu fyysiseen vakioon eikä prototyyppiin, ainoa standardiin liitetty yksikkö on kilogramma. Vuosien varrella prototyypissä on havaittu aineellisia menetyksiä jopa 20 × 10 −9 kilogrammaa vuodessa. Tällä 21 : nnen  kokouksen GFCM (1999), häntä pyydettiin kansallisten laboratorioiden nopeasti löytää keino murtaa välisen yhteyden kilon prototyyppi.

Lämpömittaria käsittelevän neuvoa-antavan komitean CIPM : n vuoden 2007 raportissa todetaan, että lämpötilan nykyinen määritelmä ei ole tyydyttävä alle 20  K: n ja yli 1300  K : n lämpötiloissa . Komitea uskoo, että Boltzmannin vakio olisi parempi perusta lämpötilan määrittämiselle kuin veden kolminkertainen piste .

Tällä 23 th  kokouksessa 2007, GFCM lataa CIPM tutkimaan käyttää luonnon fysikaaliset vakiot perustana määritelmän kaikissa yksiköissä. Kansainvälisen puhtaan ja sovelletun fysiikan liitto (IUPAP) otti tämän tehtävän seuraavana vuonna . CCU: n kokouksessa Readingissä, Iso-Britanniassa vuonnasyyskuu 2010, päätöslauselma ja luonnos muutoksesta SI-esitteeseen , jotka oli tarkoitus esittää CIPM: n kokouksessalokakuu 2010, hyväksytään periaatteessa. CIPM: n kokouslokakuu 2010toteaa, että”päättämin yleiskokouksessa pitämässään 23 rd kokous ei ole vielä saavutettu. Tästä syystä CIPM ei tällä hetkellä ehdota SI: n tarkistamista. "; Kuitenkin CIPM on resoluutio uudelle määritelmät hyväksytään periaatteessa 24 : nnen CGPM (1721. lokakuuta 2011), mutta sitä ei toteuteta ennen kuin yksityiskohdat on viimeistelty. Tämä päätöslauselma on hyväksytty konferenssiin, ja jälleen GFCM etukäteen päivämäärä 25 : nnen  kokouksen 2015-2014.

Aikana 25 : nnen CGPM, vuonna 2014, CIPM mielestä "edistyksestä huolimatta, käytettävissä olevat tiedot eivät vielä tunnu riittävän vankka GFCM hyväksyi IF tarkistettu sen 25 th kokouksessa" ja kannustaa jatkamaan työtä vuoteen 2018 asti antamiseen oli tehty klo 26 : nnen CGPM, 2018.

Peter J. Mohr ehdottaa, että koska ehdotettu järjestelmä käyttää ilmiöitä atomiskaalassa eikä makroskooppisessa mittakaavassa , sitä tulisi kutsua "kvantti-SI-järjestelmäksi".

Ehdotukset

CCU on ehdottanut, että valon nopeuden lisäksi määritetään tarkat arvot neljä luonnon vakiota: Planck-vakio , alkuvara , Boltzmann-vakio ja Avogadro-vakio . Nämä vakiot on kuvattu SI-käsikirjan vuoden 2006 versiossa. Kolme viimeistä kuvataan "kokeilla saaduiksi vakioiksi".

On ehdotettu, että arvot, jotka liittyvät luonnon vakioita valon nopeudella ja valoteho pysyy muuttumattomana.

Edellä mainitut seitsemän määritelmää kirjoitetaan uudelleen muunnettuaan määritelmässään johdetut yksiköt (joule, coulomb, hertsi, ontelo ja watti) seitsemäksi perusyksiköksi (toinen, metri, kilogramma, ampeeri, kelvin, mooli ja kandela). Seuraavassa luettelossa symboli sr edustaa steradiaania , dimensioton yksikköä:

Lisäksi CCU ehdottaa, että:

Näiden muutosten seurauksena SI-perusyksiköt määritellään uudelleen, jolloin johdettujen yksiköiden määritelmät pysyvät muuttumattomina.

Muutokset perusyksiköiden määritelmässä

Ehdotetaan, että perusyksikön määrittelyteksti määritellään uudelleen tai kirjoitetaan uudelleen. Vanhat määritelmät (2008) ja uudet (2018-2019) on esitetty alla.

Toinen

Ehdotettu määritelmä on sama kuin nykyinen, ainoa ero on, että olosuhteet, joissa mittaukset tehdään, ovat tiukemmat.

Mittari

Ehdotettu määritelmä on sama kuin nykyinen määritelmä, ainoa ero on, että toisen määritelmän kovettuminen etenee mittarilla.

Kilogramma

Kilon määritelmä muuttuu olennaisesti: kilogramma määriteltiin prototyypin massana; uuden määritelmän linkittää sen energia vastaavuutta fotonin kautta Planckin vakio .

Yksi seurauksista on, että kilogramma tulee riippuvaiseksi toisen ja mittarin määritelmistä.

Ampeeri

Ampeerin määritelmä muuttuu perusteellisesti; nykyinen määritelmä, jota on vaikea saada kokemuksella erittäin tarkasti, korvataan intuitiivisemmalla ja käytännössä helpommin saatavalla määritelmällä.

Yksi seurauksista on, että ampeeri ei enää riipu mittarin tai kilogramman määritelmistä. Lisäksi, antamalla alkeisvaraus tarkka arvo, tyhjiö läpäisevyys , tyhjiö permittiivisyys ja tyhjiö impedanssi , jotka ovat tällä hetkellä kanssa valon nopeudella tarkka, on kokeellinen virhemarginaali.

Kelvin

Kelvinin määritelmä muuttuu perusteellisesti. Sen sijaan, että asteikko määriteltäessä vedottaisiin veden tilan muutoksiin , suosituksessa ehdotetaan vetoamista Boltzmannin yhtälön antamaan ekvivalenttiin energiaan.

Kelvin tulee riippuvaiseksi toisen, mittarin ja kilogramman määritelmistä.

Mooli

Moolin vanha määritelmä liittyy kilogramman määritelmään. Ehdotettu määritelmä on poistanut tämän linkin tekemällä moolista tietyn määrän entiteettejä kyseisestä aineesta.

Yksi seurauksista on, että 12 C-atomin massan, yhtenäisen atomimassaan (tai daltonin) yksikön, kilogramman ja Avogadron lukumäärän välisiä suhteita muutetaan:

Candela

Ehdotettu määritelmä on sama kuin nykyisin käytetty, mutta muotoiltu uudelleen.

Vaikutus epävarmuustekijöihin

Seuraavassa taulukossa luetellaan muutokset:

Eri fyysisten suureiden suhteellinen epävarmuus
Yksikkö Vakiona käytetään
viitteenä
Symboli Vanha
määritelmä
Siitä asti kun
20. toukokuuta 2019
kg Prototyypin massa kilogrammaa m (K) 0 5,0 × 10 −8
Planckin vakio h 5,0 × 10 −8 0
AT Magneettivakio μ 0 0 6,9 × 10 −10
Perusmaksu e 2,5 × 10 −8 0
K Kolmen pisteen veden lämpötila T TPW 0 1,7 × 10-6
Boltzmannin vakio k 1,7 × 10-6 0
mol Moolimassa 12 ° C M ( 12 ° C) 0 4,5 × 10 −10
Avogadron lukumäärä N A 1,4 × 10 −9 0

Toisen mittauksen suhteellinen epävarmuus on edelleen 1 × 10 −14 ja mittarin aina 2,5 × 10 −8 .

Ehdotusten kritiikki

Gary Price väittää, että nämä ehdotukset:

BP Leonard väittää, että "myyrän peruskäsite edellyttää, että moolin muodostavien kokonaisuuksien eli Avogadron vakion lukumäärä on täsmälleen yhtä suuri kuin gramma-daltonin massasuhde ja että nämä ehdotukset rikkovat tämän ehdon määrittelemällä itsenäisesti kilogramman, dalton ja myyrä. ".

Franco Pavese väittää, että monta asiaa on ymmärrettävä ennen määritelmien muuttamista, esimerkiksi laskemisen luonne ja Avogadro-luvun arvo, perusyksikön käsitteen menetys, mahdollisuus tarkistaa niiden tulevat muutokset. ja siirtyminen kokeellisen epävarmuuden ykseyteen.

Huomautuksia ja viitteitä

  1. "  On mahdollista tarkistamista tulevaisuudessa kansainvälisen mittayksikköjärjestelmän, SI: Tarkkuus 1 24 : nnen  kokouksen yleisen paino- ja toimenpiteitä  ," CIPM , Sevresissä, Ranskassa, Kansainvälisen paino- ja toimenpiteitä,21. lokakuuta 2011( lue verkossa )Ei ole odotettavissa, että nämä ehdotukset hyväksytään ilman tiettyjen ennakkoehtojen täyttymistä ja joka tapauksessa ennen vuotta 2014. Näytä (sisään) "  vaihto mahdollista kansainväliselle yksikköjärjestelmälle  " , IUPAC Wire , Kansainvälinen puhtaan ja sovelletun kemian liitto, voi .  34, n o  1,Tammi-helmikuu 2012( lue verkossa ).
  2. Peter Mohr, "  SI-perusyksiköiden määritteleminen uudelleen  " , NIST Newsletter , NIST,2. marraskuuta 2011(tutustuttavissa 1. st maaliskuu 2012 ) .
  3. "  tulevaisuudesta koskevan kansainvälisen mittayksikköjärjestelmän, SI: Tarkkuus 1 25 : nnen  kokouksen yleisen paino- ja toimenpiteitä  ," CIPM , Sevresissä, Ranskassa, Kansainvälisen paino- ja toimenpiteitä,2014( lue verkossa ).
  4. "  Luonnos päätöslauselmaksi A - CGPM: n 26. kokous (13.-16. Marraskuuta 2018)  "
  5. (in) Michael Kuehne, "  uudelleenmäärittely SI  " on pääpuhujana, ITS 9 (yhdeksäs International Symposium lämpötila) , Los Angeles, NIST5. joulukuuta 2012(tutustuttavissa 1. st maaliskuu 2012 ) .
  6. "  Kansainvälinen mittayksikköjärjestelmä (SI)  " , BIPM,2019( ISBN  978-92-822-2272-0 , käytetty 16. syyskuuta 2020 ) .
  7. Yaroslav Pigenet, "  Nämä vakiot, jotka antavat mitan  " , Journal du CNRS: ssä ,7. syyskuuta 2018(käytetty 29. syyskuuta 2018 ) .
  8. Daussy 2018 .
  9. Mathieu Grousson, "  Measurements: the great reversal  " , CNRS: llä ,5. syyskuuta 2018(käytetty 28. syyskuuta 2018 ) .
  10. "  CIPM: International Committee of Weights and Measures  " , BIPM (käyty 3. lokakuuta 2010 ) .
  11. (in) Peter Mohr, "  Viimeaikainen kehitys perusvapauksien vakio ja kansainvälisen mittayksikköjärjestelmän  " on kolmas työpaja Precision fysiikan ja fysiikan vakiot ,6. joulukuuta 2010(käytetty 2. tammikuuta 2011 ) .
  12. (in) Fischer, J. et ai, "  Raportti CIPM vaikutuksista muuttaa määritelmän Kelvin perusyksikön  " ,2. toukokuuta 2007(käytetty 2. tammikuuta 2011 ) .
  13. (in) "  IUPAP Commission C2 (Sunamco) toimitti yleiskokoukselle päätöslauselmaesityksen  " [ arkisto27. syyskuuta 2011] , Kansainvälinen puhtaan ja sovelletun fysiikan liitto,2008(käytetty 8. toukokuuta 2011 ) .
  14. (in) Ian Mills "  tulevaisuuden tarkistamisesta toteutettavissa kansainvälisen mittayksikköjärjestelmän, SI  " , CCU,29. syyskuuta 2010(tutustuttavissa 1. st tammikuu 2011 ) .
  15. (en) Ian Mills, "  Luonnos 2 luvuksi SI-esitteelle perusyksiköiden uudelleenmäärittelyn jälkeen  " , CCU,29. syyskuuta 2010(tutustuttavissa 1. st tammikuu 2011 ) .
  16. "  Kohti" uutta IS: tä "...  " , Kansainvälinen painojen ja mittojen toimisto (BIPM) (käytetty 25. marraskuuta 2014 ) .
  17. (in) "  tulevaisuudessa tarkistamisesta toteutettavissa kansainvälisen mittayksikköjärjestelmän, SI - Luonnos päätöslauselman A  " , kansainvälinen komitea painoista ja mitoista (CIPM) (tutustuttavissa 04 heinäkuu 2011 ) .
  18. (in) "  Painojen ja mittojen hyväksyjien yleiskonferenssi Hyväksytyt voivat vaihtaa kansainväliseen mittayksikköjärjestelmään, mukaan lukien kilogramman uudelleenmäärittely.  » , Sèvres, Ranska, painojen ja mittojen yleiskonferenssi,23. lokakuuta 2011(käytetty 25. lokakuuta 2011 ) .
  19. (in) Peter J. Mohrin , "  Quantum SI: uusi kansainvälisen mittayksikköjärjestelmän Mahdollinen  " , Advances in Quantum Chemistry , Academic Press, vol.  53,2008, s.  34 ( ISBN  9780123739254 , lue verkossa ).
  20. 13 th yleinen paino- ja toimenpiteet (1967-1968), päätös 1 .
  21. 17 th yleinen paino- ja toimenpiteet (1983), päätös 1 .
  22. "  1 st yleinen paino- ja toimenpiteet (1889)  " .
  23. "  Kansainvälinen painojen ja mittojen komitea, 1946  " .
  24. "  13 th yleinen paino- ja toimenpiteet (1967), päätös 4  " .
  25. J Fischer , B Fellmuth , C Gaiser ja T Zandt , "  The Boltzmann -projekti  ", Metrologia , voi.  55, n °  21. st huhtikuu 2018, R1 - R20 ( ISSN  0026-1394 ja 1681-7575 , DOI  10.1088 / 1681-7575 / aaa790 , luettu verkossa , luettu 5. maaliskuuta 2019 )
  26. "  14 th yleinen paino- ja toimenpiteet (1971), päätös 3  " .
  27. (in) "  käytännön määrittelemiseksi myyrä SI  " [PDF] on BIPM ,20. toukokuuta 2019(käytetty 22. huhtikuuta 2020 ) .
  28. “  SI Brochure  ” [PDF] , BIPM: ssä (katsottu 22. huhtikuuta 2020 ) , s.  93.
  29. "  16 th yleinen paino- ja toimenpiteet (1979), päätös 3  " .
  30. (in) Ian Mills, "  CCU: n johtajan Ian Millsin huomautus CIPM: lle: Ajatuksia nykyisen muutoksesta IF New IF: ksi  " , CCU,lokakuu 2010(tutustuttavissa 1. st tammikuu 2011 ) .
  31. (in) William B. Penzes, "  aikajana varten metrin määritelmään  " (tutustuttavissa 1. st tammikuu 2011 ) .
  32. (in) Gary Price , "  A sceptic's review of the New SI  " , akkreditointi ja laadunvarmistus: Journal for Quality, Comparability and Reliability in Chemical Measurement , voi.  16, n °  3,2011, s.  121–132 ( DOI  10.1007 / s00769-010-0738-x ).
  33. (sisään) BP Leonard , "  Kommentit viimeaikaisista ehdotuksista kilogramman ja moolin uudelleenmäärittelemiseksi  " , Metrologia , Voi.  47, n °  3,2010, s.  L5 - L8 ( DOI  10.1088 / 0026-1394 / 47/3 / L01 ).
  34. (in) Franco Pavese , "  Joitakin pohdintoja aineen ja muiden SI-yksiköiden yksikön ehdotetusta uudelleenmäärittelystä  " , Akkreditointi ja laadunvarmistus: Journal for Quality, Comparability and Reliability in Chemical Measurement , voi.  16, n °  3,2011, s.  161–165 ( DOI  10.1007 / s00769-010-0700-y ).

Katso myös

Bibliografia

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit