นักมาตรวิทยากำลังปรับปรุงหน่วยโดยใช้ค่าคงที่พื้นฐาน บาคาร่า ของธรรมชาติหากนักวิทยาศาสตร์มีวัตถุมงคล สิ่งนี้จะเป็นหนึ่งในนั้น: กระบอกโลหะอายุ 137 ปีเพียงกระบอกเดียวที่มีการป้องกันอย่างแน่นหนา บรรจุอยู่ในห้องนิรภัยนอกกรุงปารีส มันคือต้นแบบที่กำหนดมวลได้อย่างแม่นยำในทุกๆ ที่ในจักรวาล
เนื้อบดหนึ่งกิโลกรัมที่ร้านขายของชำมีมวลเท่ากันกับก้อนโลหะพิเศษก้อนนี้ โลหะผสมของแพลตตินัมและอิริเดียม ผู้หญิงน้ำหนัก 60 กิโลกรัมมีมวลมากกว่า 60 เท่า แม้แต่วัตถุทางดาราศาสตร์ที่อยู่ห่างไกล เช่น ดาวหาง ก็ยังถูกวัดโดยสัมพันธ์กับทรงกระบอกที่สำคัญทั้งหมดนี้: Comet 67P/ Churyumov–Gerasimenko ซึ่งเพิ่งเข้าเยี่ยมชมโดยยานอวกาศ Rosetta ของ European Space Agency ( SN: 2/21/15, p. 6 ) มีมวลประมาณ 10 ล้านล้านกระบอกดังกล่าว
แต่โลหะชิ้นนั้นไม่มีอะไรพิเศษ และมวลของมันไม่คงที่เลยด้วยซ้ำ
รอยขีดข่วนหรือสิ่งสกปรกที่สะสมอยู่บนพื้นผิวอาจทำให้ขนาดของมันเปลี่ยนไปได้อย่างละเอียด ( SN: 11/20/10, p. 12 ) แล้วเนื้อวัวหนึ่งกิโลกรัมก็จะมีเนื้อมากหรือน้อยกว่าเมื่อก่อนเล็กน้อย ความแตกต่างนั้นจะน้อยเกินไปที่จะสำคัญเมื่อพลิกเบอร์เกอร์ แต่สำหรับการวัดทางวิทยาศาสตร์ที่แม่นยำ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในคำจำกัดความของกิโลกรัมอาจทำให้เกิดปัญหาใหญ่ได้
ปัญหานั้นจู้จี้กับนักวิจัยบางคน พวกเขาต้องการกำหนดหน่วยที่สำคัญ ซึ่งรวมถึงกิโลกรัม เมตร และวินาที โดยใช้คุณสมบัติที่ไม่เปลี่ยนรูปของธรรมชาติ แทนที่จะใช้ความยาว มวล และปริมาณอื่นๆ ที่นักวิทยาศาสตร์ฝันถึง หากมนุษย์ต้องติดต่อกับมนุษย์ต่างดาวและเปรียบเทียบระบบของหน่วยต่างๆ นักฟิสิกส์ สเตฟาน ชแลมมิงเกอร์กล่าว “เราคงเป็นเสียงหัวเราะของกาแล็กซี”
เพื่อกำหนดสิ่งต่าง ๆ ให้ถูกต้อง นักมาตรวิทยา ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์สายพันธุ์หายากที่หมกมุ่นอยู่กับการวัดที่แม่นยำ กำลังปรับปรุงระบบใหม่ ในไม่ช้า พวกเขาจะใช้ค่าคงที่พื้นฐานของธรรมชาติ — ตัวเลขที่ไม่เปลี่ยนแปลง เช่น ความเร็วของแสง ประจุของอิเล็กตรอน และค่าคงที่ Planck กลควอนตัม — เพื่อปรับเทียบไม้บรรทัด ตาชั่ง และเครื่องวัดอุณหภูมิ พวกเขาได้กำจัดมาตรฐานเทียมที่ใช้กำหนดมิเตอร์ไปแล้ว นั่นคือแท่งแพลตตินั่ม-อิริเดียมแกะสลัก ในปี 2018 พวกเขาวางแผนที่จะทิ้งถังบรรจุกิโลกรัมของปารีสด้วย
ค่าคงที่พื้นฐานเป็นหนึ่งในปริมาณที่วัดได้อย่างแม่นยำที่สุดที่ทราบ ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการกำหนดหน่วย แต่ค่าคงที่ยังคงเป็นปริศนา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ค่าคงที่ของโครงสร้างละเอียด ทำให้นักฟิสิกส์ลึกลับ นับตั้งแต่ปรากฏเป็นปริมาณที่สำคัญในสมการของนักวิทยาศาสตร์เมื่อ 100 ปีก่อน ทุกครั้งที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าดึงดูดหรือขับไล่ — ที่ใดก็ได้ในจักรวาล — ค่าคงที่ของโครงสร้างที่ละเอียดจะเข้ามามีบทบาท ค่าของมันกำหนดความแข็งแกร่งของการผลักและดึงของอนุภาคที่มีประจุ เลื่อนค่าของมันสักสองสามเปอร์เซ็นต์แล้วดาวจะผลิตคาร์บอนน้อยกว่ามาก ซึ่งเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตที่รู้จักทั้งหมด ปรับแต่งให้มากขึ้น และดาว โมเลกุล และอะตอมจะไม่ก่อตัวขึ้น ดูเหมือนว่าคุณค่าของมันถูกคัดเลือกมาเพื่อให้มีชีวิตในจักรวาล
ค่าคงที่พื้นฐานอื่นๆ ก็ไม่สามารถอธิบายได้เช่นเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ทุกคนสามารถทำได้คือการวัดค่าเหล่านี้ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี John Barrow จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์กล่าวว่า “ไม่มีใครมีความคิดใด ๆ ว่าทำไมปริมาณเหล่านี้ถึงมีค่าเป็นตัวเลข
ความไม่แน่นอนที่หมุนไปรอบ ๆ ค่าคงที่อาจทำให้ปวดหัวสำหรับนักมาตรวิทยา ไม่มีกฎฟิสิกส์ใดที่ห้ามไม่ให้ค่าคงที่เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในเวลาหรือในอวกาศ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะไม่พบหลักฐานที่แน่ชัดว่าเป็นเช่นนั้น อย่างไรก็ตาม การวัดที่มีข้อขัดแย้งบางอย่างแนะนำว่าค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียดอาจแตกต่างกันในส่วนต่างๆ ของจักรวาล นั่นอาจหมายความว่าค่าคงที่ที่ใช้ในการกำหนดหน่วยต่างกันด้วย ซึ่งอาจทำให้ระบบที่เป็นระเบียบเรียบร้อยซึ่งนักมาตรวิทยากำลังเตรียมที่จะนำมาใช้
เส้นผมแตกร้าว
กิโลกรัมไม่ใช่หน่วยเดียวที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่ย่อย ผู้ร้ายคนที่สองคือเคลวินซึ่งเป็นหน่วยของอุณหภูมิ
นักฟิสิกส์ Michael de Podesta จาก National Physical Laboratory ในเมือง Teddington ประเทศอังกฤษกล่าวว่า “มันบ้าไปแล้ว “มาตรฐานอุณหภูมิของมนุษย์คือระดับการกระตุกของโมเลกุลที่จุดลึกลับ” จุดนั้น – ซึ่งเหมือนกับต้นแบบกิโลกรัมอันศักดิ์สิทธิ์คือปริมาณที่มนุษย์เลือกเอง – คือจุดสามจุดของน้ำ อุณหภูมิและความดันเฉพาะที่ของเหลว ก๊าซ และเฟสของแข็งของน้ำอยู่ร่วมกัน อุณหภูมินี้ตั้งไว้ที่ 273.16 เคลวิน (0.01 องศาเซลเซียส)
จากนั้นมีแอมแปร์หรือแอมป์ซึ่งวัดปริมาณการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ทำให้แล็ปท็อปและหลอดไฟทำงาน Barry Inglis ประธานคณะกรรมการระหว่างประเทศด้านตุ้มน้ำหนักและการวัดกล่าวว่า “เราทนทุกข์ทรมานกับคำจำกัดความของแอมแปร์มาหลายปี คำจำกัดความปัจจุบันมีลักษณะไม่แน่นอน: เป็นกระแสที่เมื่อไหลผ่านสายไฟเส้นเล็กยาวอนันต์สองเส้นที่วางห่างกันหนึ่งเมตรจะทำให้เกิดแรงจำนวนหนึ่งระหว่างพวกมัน แน่นอนว่าสายดังกล่าวไม่สามารถผลิตได้ ดังนั้นจึงไม่เหมาะที่จะสร้างกระแสที่มีขนาดเพียงแอมป์เดียวในลักษณะนี้ ปัญหานี้ทำให้อุปกรณ์วัดกระแสสอบเทียบได้ยาก ไม่ใช่ปัญหาสำหรับงานเดินสายไฟในครัวเรือน แต่จะไม่ดีเมื่อต้องการความแม่นยำระดับสูงสุด
ตัวอย่างเหล่านี้อธิบายความรู้สึกไม่สบายที่ล้อมรอบหน่วยที่เป็นพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ Schlamminger จาก National Institute of Standards and Technology ใน Gaithersburg, Md กล่าวว่า “มีรอยร้าวของเส้นผมอยู่ในรากฐาน และคุณไม่สามารถสร้างอาคารฟิสิกส์ของคุณบนรากฐานนั้นได้ บาคาร่า / ลายสัก
