Radio Białystok | Gość | dr Paweł Fotowicz - z Głównego Urzędu Miar
Redefinicja układu SI jest olbrzymim krokiem naprzód w historii nauki i techniki, jednak nie zmienia niczego w życiu codziennym.
Nowe definicje, ale stare jednostki. Miary z układu SI uzyskały nowe szaty, ale nadal wyznaczają naszą rzeczywistość i pomagają nam się w niej znaleźć. Co to znaczy? O tym z dr Pawłem Fotowiczem z Głównego Urzędu Miar rozmawia Lech Pilarski.
Lech Pilarski: Od poniedziałku żyjemy w zupełnie innej rzeczywistości, chociaż tego nie odczuwamy. Dlaczego?
dr Paweł Fotowicz: 20 maja tego roku weszły w życie nowe definicje jednostek miar. Jest międzynarodowy układ jednostek miar nazywany SI, w którym oczywiście znajdują się wszystkie jednostki w tej chwili znane i używane przez wszystkich, a więc jest i sekunda, i metr, i kilogram, i amper, i kandela, i pozostałe, natomiast one wszystkie mają w tej chwili zmienione definicje. Te definicje opierają się już nie na artefaktach, jak to było w przeszłości.
Mnie w podstawówce uczono, że metr w Sevres pod Paryżem, jest taki odpowiedni odcinek wyznaczony, to już nie obowiązuje?
To już od dawna nie obowiązuje, ten wzorzec materialny metra został już przekazany do archiwum w latach 60., czy już od prawie 60 lat nie on definiuje jednostkę miary długości. A co ją definiuje? Definiuje ją prędkość światła i ona została właśnie potwierdzona w tej obecnej definicji. Jakie to przyniosło korzyści dla ludzkości i dla układu jednostek miar?
Po co te definicje zmieniamy, skoro metr i tak zostaje metrem, kilogram kilogramem, a sekunda sekundą?
Po to, żeby zwiększyć dokładność ich odtwarzania. Definicje, które opierały się na artefakcie nie mogły zwiększyć dokładności ich odtwarzania poza technologie, z których te wzorce były wykonane. Na przykład metr miał dokładność granicach mikrometra, co nie było już wystarczające nawet na początku XX wieku, jeżeli chodzi o zachowanie tej dokładności. Dopiero rewolucja w definiowaniu jednostek w oparciu o prędkość światła spowodowała, że dzisiaj możemy odtwarzać tę jednostkę milion razy dokładniej niż właśnie odtwarzał to metr materialny.
Czyli kiedyś jak robiono interesy na tym, że odrobinę oszukano na złocie użytym do produkcji czegoś, to teraz już się nie da, bo jednostki są tak dokładne, że zysk ewentualny na tym oszustwie będzie za mały.
Można powiedzieć dokładnie tak, jak powiedział pan redaktor. Jednostką, która wymagała takiej zmiany był właśnie kilogram, ponieważ on nadal był oparty o ten stary sposób definiowania w oparciu artefakt, czyli był wzorzec materialny przechowywany w Sevres pod Paryżem w postaci walca platynowo-irydowego, ale ponieważ on zmieniał swoją masę - siłą rzeczy nie mógł być tym idealnym wzorcem do jej odtwarzania.
W związku z tym postanowiono jednak znaleźć coś bardziej trwałego, uniwersalnego, a przede wszystkim niezmiennego. I tym odniesieniem jest stała Plancka. To może się wydawać dość abstrakcyjne sformułowanie, ale tutaj sięgamy do podstaw fizyki kwantowej, która narodziła się z początkiem XX wieku, a więc stała Plancka nie powinna być wielkością nieznaną, skoro jest już od lat stosowana, oczywiście tylko pewnych kręgach, głównie naukowych. I ona w tej chwili najdokładniej może odtworzyć właśnie tą podstawową jednostkę, stąd była decyzja Międzynarodowego Komitetu Miar o redefinicji wszystkich jednostek w oparciu o te stałe, niezmienne odniesienia.
W myśl zresztą idei rewolucjonistów francuskich, którzy stworzyli system metryczny, po wsze czasy dla wszystkich ludzi, ale przede wszystkim w oparciu o stałe i niezmienne wielkości. I tymi właśnie wielkościami są te, które w tej chwili definiują jednostki nowego SI.
W oparciu o stałą Plancka.
W oparciu stałą Plancka jeśli chodzi o kilogram, w oparciu o prędkość światła jeżeli chodzi o metr, w oparciu o częstotliwość cezową, jeżeli chodzi o sekundy i inne stałe, które definiują pozostałe podstawowe jednostki.
Dlaczego musimy te wzorce udoskonalać, precyzję udoskonalać, co takiego w naszej rzeczywistości się zmienia, że takie stałe wielkości musimy wprowadzać, udoskonalać to wszystko?
Dlatego, że w tej chwili następuje szybki postęp cywilizacyjny i nie bylibyśmy w stanie wykonywać z odpowiednią jakością podzespołów, na przykład w dziedzinie mechanicznej, gdybyśmy nie potrafili dokładniej ustalać wartości właśnie tych jednostek, z których one są realizowane. Po prostu nie byłyby one powtarzalne.
Im dokładnie jesteśmy w stanie je wyznaczyć, tym mamy większą pewność, że to co stosujemy w praktyce jest w pełni powtarzalne i zamienne. Zamienność wymiarowa na przykład mechanice była wielką rewolucją, która jeszcze nastąpiła w drugiej połowie XIX stulecia, ale dzięki temu mógł się rozwijać przemysł, każdy podwykonawca może wykonywać tylko pewne elementy większej całości, a po złożeniu one działają tak, jak zaprojektował to konstruktor.
Zwiększamy tę precyzję, bo nie mogłyby funkcjonować GPS-y, byłyby problemy z nawigacją nie tylko w samolotach, ale także na morzu, no i na lądzie.
Tak, no przede wszystkim właśnie dzięki zwiększeniu dokładności odtwarzania sekundy możemy w ogóle GPS użytkować. Dlatego, że to są właśnie precyzyjne zegary atomowe, które są umieszczone na satelitach i dzięki temu, że wiemy jaki jest czas płynący na satelicie, jaki jest czas płynący na Ziemi, możemy dokładnie wyznaczać pozycję obiektu, który korzysta właśnie z tego systemu satelitarnego namierzania. To są duże odległości, w związku z tym, żeby uzyskać precyzję położenia na powierzchni Ziemi w granicach na przykład metrów, to musimy bardzo dokładnie odtwarzać sekundę - zarówno tu na Ziemi, jak i właśnie tam na satelitach.
I z tego powodu, że mamy ten postęp technologiczny, wchodzą także automaty, które produkują różne rzeczy, musimy bardziej precyzyjnie wszystko robić. Nawet teraz jak próbujemy cokolwiek w domu zawiesić, to już najczęściej używamy miernika laserowego, co jeszcze niedawno było niemożliwe.
Tak i jest to bardzo wygodne, dlatego że nie musimy rozpinać żadnej taśmy, która może ulec uszkodzeniu, tylko mamy promień światła, który odmierza właściwą odległość. Wynalazek lasera i to światło bardzo przyczyniło się zmianie w miarach, dlatego że dzięki prędkości światła można było udoskonalić pomiar długości, również pomiar prędkości, dlatego że dzisiaj również używamy w tych urządzeniach, tak zwanych lidarach, więc urządzenia do pomiaru prędkości, co oczywiście może niepokoić kierowców, którzy przekraczają nadmiernie te prędkości, ale za to są to pewne i precyzyjne pomiary.
Czyli można powiedzieć, że od poniedziałku jesteśmy w XXI wieku, bo mamy jednostki na miarę owego wieku.
Dokładnie, dlatego że idea oparcia tych nowych definicji na stałej fizycznej powstała jeszcze w latach 70., bo wtedy zmierzono prędkość światła z niebywałą precyzją i od tego czasu, czyli od 83 roku weszła w życie ta nowa definicja metra, natomiast zabrakło takiego podejścia w definiowaniu pozostałych jednostek, szczególnie kilograma.
I dopiero - można powiedzieć troszeczkę z opóźnieniem, bo już mamy drugą dekadę XXI wieku - wprowadza się tą nową definicję. Celem wprowadzenia tych nowych definicji jest to, żeby one nie ograniczały w żadnym wypadku technologii ich odtwarzania. Do tej pory definicje były tak skonstruowane, że w gruncie rzeczy narzucały sposób. No bo metr to było od kreski do kreski, a masa to była masa konkretnego artefaktu. W tej chwili te jednostki już nie są związane właśnie z artefaktami, czy wzorcami materialnymi.
Mamy rzeczywistość wirtualną.
W pewnym sensie tak, ale dzięki temu możemy szukać nowych technologii ich odtwarzania, których jeszcze nie znamy, a które na pewno pojawią się z upływem czasu, bo cały czas obserwujemy taki dynamiczny rozwój nauki i naszej cywilizacji.
Zatem mamy rewolucję, mamy nowe jednostki chociaż pod starymi nazwami, bo metr nadal znaczy metr, sekunda znaczy sekunda, a kilogram kilogram
