वैज्ञानिक किलोग्राम को फिर से परिभाषित कर रहे हैं

छवि: वीडियो अभी भी Contunico/ZDF Enterprise/Brittanica.com से है

प्रेस बंद करो! राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान के भौतिकविदों ने अत्यधिक सटीक डिग्री के लिए प्लैंक स्थिरांक का एक नया मापन किया है। यह किलोग्राम की आधिकारिक परिभाषा में सुधार करने की दिशा में नवीनतम कदम है, जो द्रव्यमान की इकाई है जो वजन और माप की हमारी पूरी अंतरराष्ट्रीय प्रणाली को रेखांकित करती है।

उम ... याय? आइए बस स्वीकार करें कि, रोमांचक विज्ञान समाचार के रूप में, यह सबसे कट्टर भौतिकी नर्ड से परे एक कठिन बिक्री है। लेकिन यह वास्तव में काफी मायने रखता है।

एनआईएसटी में एक डिवीजन लीडर सह-लेखक जॉन प्रैट, अंतरराज्यीय राजमार्ग व्यवस्था को बनाए रखने के लिए ऐसे कार्यों की तुलना करते हैं। "हर कोई चीज़ पर ड्राइव करना चाहता है, लेकिन कोई भी वास्तव में यह नहीं सोचता कि यह वहां कैसे पहुंचा," उन्होंने गिज्मोदो को बताया। "इन बहुत ही बुनियादी मानकों को मापना अंतिम बुनियादी ढांचा प्रदान करता है।" वह मानते हैं कि यह अभी भी विशेष रूप से सम्मोहक नहीं लगता है, "लेकिन इसकी कमी बहुत सम्मोहक होगी।"

प्लांक नियतांक ( h ) क्वांटम यांत्रिकी के केंद्र में स्थित है। परमाणु केवल "क्वांटा" के रूप में जाने जाने वाले असतत पैकेटों में ऊर्जा दे सकते हैं - जैसे मुद्रा केवल विशिष्ट संप्रदायों में आती है - और ऊर्जा की मात्रा प्लैंक के स्थिरांक के समानुपाती होती है। यह वास्तव में एक छोटी संख्या है, और इसलिए सटीक रूप से मापना बेहद मुश्किल है। पुराने स्कूल बैलेंस स्केल पर एक हाई-टेक ट्विस्ट का उपयोग करते हुए, एनआईएसटी वैज्ञानिक6.62606983x10 -34 किग्रा∙m 2 /s के मूल्य पर पहुंचे, जो प्रति बिलियन 34 भागों के भीतर सटीक है। उन्होंने वैज्ञानिक उपकरणों की समीक्षा में एक नए पेपर मेंअपने नवीनतम माप का वर्णन किया

एक किलोग्राम या आईपीके का अंतरराष्ट्रीय प्रोटोटाइप। (छवि: बीआईपीएम)

भौतिक विज्ञानी ऐसा केवल हंसी-मजाक के लिए नहीं कर रहे हैं। यह किलोग्राम को फिर से परिभाषित करने के व्यापक प्रयास का हिस्सा है। वर्तमान में, इसका मूल्य एक वास्तविक धातु की कलाकृति द्वारा परिभाषित किया गया है, जिसे गोल्फ बॉल के आकार का "ले ग्रैंड के" या आईपीके ( किलोग्राम के अंतर्राष्ट्रीय प्रोटोटाइप के लिए ) कहा जाता है - तीन ग्लास बेल जार के नीचे, एक सुरक्षित तिजोरी में रखा गया है। वजन और माप ब्यूरो (बीआईपीएम) पेरिस के ठीक बाहर। उस कलाकृति ने पिछले 127 वर्षों से किलोग्राम मानक निर्धारित किया है। लेकिन इसे 2018 में चरणबद्ध तरीके से समाप्त किया जाना है।

किलोग्राम की उत्पत्ति फ्रांसीसी राजा लुई सोलहवें के शासनकाल में हुई, जिन्होंने व्यापारियों के बीच होने वाली सभी धोखाधड़ी के जवाब में द्रव्यमान को मापने के लिए कब्र नामक एक इकाई की स्थापना की । फ्रांसीसी क्रांति और नए गणराज्य की स्थापना के बाद, शासी नेताओं ने 1795 में निर्णय लिया कि द्रव्यमान का माप ग्राम होना चाहिए , जिसे उन्होंने 4 डिग्री सेल्सियस पर 1 घन सेंटीमीटर पानी के पूर्ण वजन के रूप में परिभाषित किया।

लेकिन यह व्यापार और वाणिज्य के लिए अव्यावहारिक था - कौन पूरे दिन पानी की एक मटर के आकार की इकाई को खोना चाहता है? इस प्रकार किलोग्राम का जन्म 22 जून, 1799 को हुआ था: ठोस धातु का एक टुकड़ा चने से 1000 गुना अधिक भारी होता है। १८७५ में, अमेरिका सहित सत्रह देशों ने एक संधि पर हस्ताक्षर किए, ताकि वे सभी द्रव्यमान और लंबाई के लिए समान इकाइयों का उपयोग कर सकें, और "ले ग्रैंड के" जाली थी, साथ ही सभी भाग लेने वाले देशों को भेजी गई प्रतियां भी। अमेरिकी कलाकृतियों को एनआईएसटी में रखा गया है।

यदि किलोग्राम एक सदी से भी अधिक समय से ठीक काम कर रहा है, तो इसके साथ खिलवाड़ क्यों? खैर, यह वर्तमान में एकमात्र मानक इकाई है जो अभी भी भौतिक कलाकृतियों पर निर्भर है। एक मीटर को एक धातु की छड़ी से परिभाषित किया जाता था जिस पर दो निशान होते थे, लेकिन 1983 में इसे 1/299,792,458 सेकंड में प्रकाश कितनी दूर यात्रा करता है, इसके अनुसार फिर से परिभाषित किया गया था

इसके अलावा, समय के साथ, विभिन्न कलाकृतियाँ द्रव्यमान के संदर्भ में एक दूसरे से अलग होती रही हैं। यहां तक ​​​​कि जब बेल जार के नीचे सावधानी से संग्रहीत किया जाता है, तो प्रतिकृतियां वातावरण में दूषित पदार्थों को अवशोषित करके धीरे-धीरे द्रव्यमान प्राप्त कर रही हैं, हालांकि समय-समय पर सफाई उस लाभ को कम करने में मदद कर सकती है। आईपीके वास्तव में अपनी सभी आधिकारिक प्रतियों के सापेक्ष द्रव्यमान खो रहा है, एक ऐसी घटना जो भौतिकविदों को स्पष्ट रूप से चकित करती है। यह विसंगति मायने रखती है क्योंकि आज के अत्याधुनिक विज्ञान के लिए अति-छोटे पैमाने पर चीजों को मापने की आवश्यकता होती है।

NIST-4 वाट का संतुलन प्लैंक के स्थिरांक को 34 भागों प्रति बिलियन के भीतर मापने के लिए उपयोग किया जाता है। (छवि: जेएल ली / एनआईएसटी)

यदि वैज्ञानिक सटीक माप के लिए किलोग्राम पर भरोसा नहीं कर सकते हैं, तो यह माप की एसआई प्रणाली के बाकी हिस्सों के लिए महत्वपूर्ण समस्याएं पैदा करता है, क्योंकि किलोग्राम सब कुछ काफी हद तक कम करता है।

उदाहरण के लिए, न्यूटन की परिभाषा एक मीटर प्रति सेकंड वर्ग पर एक किलोग्राम को गति देने के लिए आवश्यक बल है। यदि किलोग्राम का मान थोड़ा भी बदलता है, तो न्यूटन का मान भी होना चाहिए। और न्यूटन पास्कल (दबाव की एक इकाई), जूल (ऊर्जा की एक इकाई), और एम्पीयर की आधिकारिक परिभाषा निर्धारित करने की कुंजी है। और इसी तरह हर मानक इकाई के लिए जिस पर हम भरोसा करते हैं।

इसलिए वैज्ञानिक प्रकृति के मूलभूत स्थिरांक के अनुसार किलोग्राम को फिर से परिभाषित करने के इच्छुक हैं। "हम अब किसी ऐसी चीज़ की ओर बढ़ रहे हैं जो पूरी तरह से अमूर्त है," प्रैट ने कहा। भौतिक कलाकृतियों के विपरीत, जिसका द्रव्यमान समय के साथ इतना थोड़ा बदल रहा है, एक मौलिक स्थिरांक बस यही है: पूरे ब्रह्मांड में स्थिर और अपरिवर्तनीय (सिद्धांत रूप में, कम से कम)।

2007 में वापस, एक गणितज्ञ और एक भौतिक विज्ञानी ने बड़ी संख्या में कार्बन-12 परमाणुओं के द्रव्यमान के रूप में किलोग्राम को फिर से परिभाषित करने का सुझाव दिया । यह निश्चित रूप से ऐसा करने का एक तरीका है, लेकिन प्लैंक के स्थिरांक (गणितीय मूल्य में किलोग्राम शामिल है) के अनुसार इसे फिर से परिभाषित करना भी संभव है, यह मानते हुए कि दुनिया भर में विभिन्न स्वतंत्र माप एक दूसरे के साथ बड़ी सटीकता से सहमत हो सकते हैं।

और इसलिए यह नवीनतम एनआईएसटी माप मायने रखता है: यह फ्रांस, कनाडा, जर्मनी में प्लैंक के स्थिरांक को मापने के लिए चल रहे कई प्रयासों में से एक है, और यूएस वन सहयोग एक ऐसी विधि का उपयोग कर रहा है जिसमें सिलिकॉन के निकट-पूर्ण क्षेत्र में परमाणुओं की गिनती शामिल है। एनआईएसटी टीम एक उपकरण का उपयोग कर रही है जिसे वाट संतुलन के रूप में जाना जाता है । अनिवार्य रूप से, यह एक उच्च तकनीक वाला पैमाना है जो किसी दिए गए द्रव्यमान के वजन की तुलना करता है कि इसे संतुलित करने के लिए कितने विद्युत चुम्बकीय बल की आवश्यकता है। तब उस संख्या का उपयोग प्लैंक के स्थिरांक की गणना के लिए किया जा सकता है। "वाट संतुलन वास्तव में द्रव्यमान और प्लैंक के स्थिरांक के बीच एक कड़ी स्थापित कर सकता है," प्रमुख लेखक डारिन एल हद्दाद ने गिज्मोदो को बताया।

एक बार सभी परिणाम आने के बाद, उन्हें एक कंप्यूटर में फीड किया जाएगा, जो प्लैंक के स्थिरांक के सर्वोत्तम समग्र मूल्य पर पहुंचने के लिए डेटा को क्रंच करेगा। और वह 2018 तक किलोग्राम का नया आधार बन जाएगा।

जब ऐसा होता है तो हम में से अधिकांश शायद ध्यान नहीं देंगे। लेकिन भविष्य में नाज़ुक माप करने पर वैज्ञानिकों का इतना अधिक आत्मविश्वास होगा। और वे यह सब कुछ उन गुमनाम नायकों के लिए करेंगे, जिन्होंने किलोग्राम को हमेशा के लिए स्थिर रखने के लिए एक धन्यवादहीन कार्य में वर्षों तक परिश्रम किया।

[ वैज्ञानिक उपकरणों की समीक्षा ]

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