Sejarah Kuantiti Asas dalam Fizik

Dengan pemahaman kami yang semakin meningkat tentang pemalar asas, sistem mentakrifkan langkah fizikal yang biasa digunakan untuk perdagangan antarabangsa, perniagaan dan sains ditetapkan untuk dirombak.

Sistem metrik dibangunkan semasa Revolusi Perancis dan merupakan permulaan Sistem Unit Antarabangsa semasa (SI, Système International d'Unités dalam bahasa Perancis). SI semasa secara rasmi dicipta pada tahun 1960.

Sistem berat dan ukuran baharu mengikuti cadangan yang dibuat seabad lalu oleh John Wilkins, menggunakan meter sebagai unit ukuran asas untuk menentukan panjang, isipadu dan jisim.

Meter ini diilhamkan oleh pemikiran berterusan semula jadi untuk wujud: satu persepuluh juta meridian yang merentasi Paris dari Kutub Utara ke Khatulistiwa.

Selepas mentakrifkan unit isipadu dan jisim, kilogram ditakrifkan sebagai jisim satu liter air suling pada 4 °C. Dua piawai kerja platinum untuk panjang dan jisim berdasarkan definisi ini kemudiannya disimpan di Paris Archives de la République pada tahun 1799. Dalam kata-kata Marquis de Condorcet, sistem pengukuran serba baharu telah dicipta "untuk semua zaman dan semua orang".

Tiga organisasi antarabangsa, Persidangan Agung Timbang dan Sukat (CGPM), Jawatankuasa Timbang dan Sukat Antarabangsa (CIPM), dan Biro Timbang dan Sukat Antarabangsa ditubuhkan 76 tahun selepas menandatangani Konvensyen Meter (BIPM). Mereka secara teknikal ditugaskan untuk melindungi SI dan masih terus berbuat demikian.

Sistem Unit Antarabangsa (SI) ialah sistem dinamik yang bertenaga yang menyesuaikan diri dengan keperluan maklumat dan pengukuran baharu, tetapi ada kalanya perlahan berbanding dengan kadar kemajuan saintifik yang luar biasa. Sebagai contoh, pada abad ke-18 dan ke-19, ahli falsafah dan saintis semula jadi mendapati bahawa mereka memerlukan unit ukuran baharu apabila mereka cuba menggunakan sistem panjang, jisim dan masa (masa yang ditakrifkan oleh pemerhatian astronomi) untuk mengukur fenomena yang baru ditemui seperti kemagnetan dan elektrik, dan konsep tenaga.

Perintis sains baharu, seperti Carl Friedrich Gauss, Wilhelm Weber, James Clerk Maxwell, dan Lord Kelvin, menyumbang kepada pengembangan sistem dan membantu mewujudkan asas teori untuk sistem yang koheren dengan unit mekanikal asas yang unit terbitan boleh diperolehi. jika diperlukan.

Unit terbitan koheren adalah hasil daripada kuasa unit asas 1 dengan pra-faktor, dan sistem memberikan penjelasan terperinci tentang cara membuat instantiate unit asas melalui pengukuran.

Kronologi dalam Rajah 1 menunjukkan bahawa, walaupun terdapat banyak semakan, SI masih termasuk set teras unit ini, termasuk 7 unit asas (dan takrifan yang berkaitan untuk pelaksanaannya) ditambah 22 unit terbitan dengan nama dan simbol unik. Walau bagaimanapun, terdapat konsensus antarabangsa yang semakin meningkat untuk membangunkan SI sekali lagi untuk mencerminkan pemahaman moden dunia fizikal. Daripada mentakrifkan tujuh unit asas dan unit terbitan secara konsisten, rangka kerja yang dicadangkan untuk SI masa hadapan akan mengambil nilai tepat untuk tujuh pemalar asas alam semula jadi yang mana semua unit SI akan direalisasikan. Unit asas dan maknanya tidak lagi digunakan.

Mewujudkan Sistem Unit

Semua kuantiti fizik dan persamaan yang menghubungkan kuantiti ini, iaitu prinsip fizik yang diterima, mesti diambil kira semasa membangunkan sistem unit untuk menyatakan semua ukuran fizik.

Ini adalah contoh mudah perhubungan; di mana F daya, m jisim, pecutan a, halaju v, panjang x dan masa t adalah semua kuantiti dan hubungannya ialah hukum kedua Newton tentang gerakan dan dinamik asas.

Dengan berhati-hati memilih subset kuantiti asas bebas, prinsip fizik yang diterima boleh digunakan untuk membuat kesimpulan nilai lain sebagai fungsi subset yang dipilih.

Walaupun kuantiti penting boleh dipilih dalam pelbagai cara, semuanya harus menyeluruh dan tidak berlebihan. Sebagai contoh, jika semua yang kita tahu tentang dunia fizikal ialah persamaan 1 (enam kuantiti, tiga kekangan), memilih daya atau jisim dan mana-mana dua daripada lima kuantiti yang lain akan menghasilkan set berasingan tiga kuantiti asas.

Tetapi kita belum selesai lagi. Untuk menerangkan sepenuhnya sistem unit, kita perlu memberikan setiap kuantiti asas kuantiti rujukan yang unik.

Jumlah asas jisim dalam SI semasa - prototaip antarabangsa bagi kilogram - adalah contoh artifak unik yang boleh berfungsi sebagai kuantiti rujukan (IPK). sebagai alternatif, dalam hubungan kesetaraan tenaga

Pemalar Planck h, kelajuan cahaya c, cas zarah asas e, dan pemalar Boltzmann k juga boleh digunakan sebagai rujukan, kerana ia adalah invarian dengan nilai yang diketahui.

Masa, panjang, jisim, arus elektrik, suhu termodinamik, jumlah jirim, dan keamatan cahaya ialah tujuh kuantiti asas yang membentuk SI semasa. Takrifan ini berfungsi sebagai kuantiti rujukan khas. Dalam erti kata lain, takrifan unit asas - saat, meter, kilogram, ampere, kelvin, mol dan candela - adalah kuantiti rujukan dalam SI semasa.

Sumber: fizik hari ini – David Newwell

David Newell ialah pengerusi Kumpulan Petugas Pemalar Fundamental CODATA dan seorang ahli fizik di Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan di Gaithersburg, Maryland.

Günceleme: 27/10/2022 18:44