물리학의 기본량의 역사

기본 상수에 대한 이해가 높아짐에 따라 국제 무역, 비즈니스 및 과학에 일반적으로 사용되는 물리적 측정을 정의하는 시스템이 개편될 예정입니다.

미터법은 프랑스 혁명 중에 개발되었으며 현재 국제 단위계(SI, Système International d'Unités in French)의 시작입니다. 현재의 SI는 공식적으로 1960년에 만들어졌습니다.

무게와 측정의 새로운 시스템은 길이, 부피 및 질량을 결정하기 위해 미터를 기본 측정 단위로 사용하는 John Wilkins가 한 세기 전에 제안한 것을 따랐습니다.

미터는 북극에서 적도까지 파리를 가로지르는 자오선의 천만분의 XNUMX이라는 자연의 끊임없는 생각에서 영감을 받았습니다.

부피와 질량의 단위를 정의한 후, 킬로그램은 4 °C에서 증류수 1799리터의 질량으로 정의되었습니다. 이러한 정의에 기반한 길이와 질량에 대한 두 개의 백금 작업 표준은 나중에 XNUMX년 파리 기록 보관소에 기탁되었습니다. Condorcet 후작의 말에 따르면 "모든 시대와 모든 민족을 위한" 새로운 측정 시스템이 만들어졌습니다.

76개의 국제기구인 도량형총회(CGPM), 국제도량형위원회(CIPM), 국제도량형국은 미터협약(BIPM)이 체결된 지 XNUMX년 만에 설립되었습니다. 그들은 기술적으로 SI를 보호하는 임무를 받았으며 여전히 그렇게 하고 있습니다.

SI(International System of Units)는 새로운 정보 및 측정 요구 사항에 적응하는 활기차고 역동적인 시스템이지만, 과학적 진보의 엄청난 속도에 비해 때때로 느립니다. 예를 들어, 18세기와 19세기에 자연철학자와 과학자들은 다음과 같은 새로 발견된 현상을 측정하기 위해 길이, 질량 및 시간(천문 관측에 의해 정의된 시간) 시스템을 사용하려고 할 때 새로운 측정 단위가 필요하다는 것을 발견했습니다. 자기와 전기, 그리고 에너지의 개념.

칼 프리드리히 가우스(Carl Friedrich Gauss), 빌헬름 베버(Wilhelm Weber), 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell), 켈빈 경(Lord Kelvin)과 같은 새로운 과학의 선구자들은 시스템의 확장에 기여했으며 파생 단위가 파생될 수 있는 기본 기계 단위를 사용하여 일관된 시스템의 이론적 기반을 확립하는 데 도움을 주었습니다. 필요한 경우.

일관된 파생 단위는 기본 단위의 1의 거듭제곱과 전인자를 곱한 것으로 시스템은 측정을 통해 기본 단위를 인스턴스화하는 방법에 대한 자세한 설명을 제공했습니다.

그림 1의 연대기는 많은 수정에도 불구하고 SI에 7개의 기본 단위(및 구현에 대한 관련 정의)와 고유한 이름 및 기호가 있는 22개의 파생 단위를 포함하여 이 핵심 단위 세트가 여전히 포함되어 있음을 보여줍니다. 그러나 물리적 세계에 대한 현대적 이해를 반영하기 위해 SI를 다시 한 번 개발하려는 국제적 합의가 증가하고 있습니다. 미래 SI를 위해 제안된 프레임워크는 XNUMX개의 기본 단위와 일관되게 파생된 단위를 정의하는 대신 모든 SI 단위가 실현될 자연의 XNUMX가지 기본 상수에 대한 정확한 값을 가정합니다. 기본 단위와 그 의미는 더 이상 사용되지 않습니다.

단위 체계 만들기

모든 물리량과 이러한 양을 연결하는 방정식, 즉 수용된 물리학 원리는 모든 물리적 측정을 표현하는 단위 시스템을 개발할 때 고려되어야 합니다.

이것은 관계의 간단한 예입니다. 여기서 F 힘, m 질량, 가속도 a, 속도 v, 길이 x 및 시간 t는 모두 양이고 관계는 뉴턴의 운동 및 기본 역학의 두 번째 법칙입니다.

독립적인 기본 수량의 하위 집합을 신중하게 선택하여 수용된 물리학 원리를 사용하여 선택한 하위 집합의 함수로 다른 값을 추론할 수 있습니다.

필수 수량은 다양한 방식으로 선택할 수 있지만 모두 포괄적이어야 하며 불필요하지 않아야 합니다. 예를 들어, 물리적 세계에 대해 우리가 알고 있는 모든 것이 방정식 1(XNUMX개 수량, XNUMX개 제약)인 경우 힘 또는 질량을 선택하고 다른 XNUMX개 수량 중 XNUMX개를 선택하면 XNUMX개의 기본 수량의 별도 세트가 생성됩니다.

하지만 아직 끝나지 않았습니다. 단위 체계를 완전히 설명하려면 각 기본 수량에 고유한 참조 수량을 제공해야 합니다.

현재 SI의 기본 질량(킬로그램의 국제 원형)은 IPK(참조 수량) 역할을 할 수 있는 고유한 인공물의 한 예입니다. 또는 에너지 등가 관계에서

플랑크 상수 h, 광속 c, 기본 입자 전하 e, 볼츠만 상수 k도 알려진 값을 가진 불변이므로 참조로 사용할 수 있습니다.

시간, 길이, 질량, 전류, 열역학적 온도, 물질의 양 및 광도는 현재 SI를 구성하는 XNUMX가지 기본 양입니다. 이러한 정의는 특별 참조 수량으로 사용됩니다. 즉, 기본 단위의 정의(초, 미터, 킬로그램, 암페어, 켈빈, 몰 및 칸델라)는 현재 SI의 참조 수량입니다.

출처: 피직스투데이 – 데이비드 뉴웰

David Newell은 CODATA 기본 상수 작업 그룹의 의장이자 메릴랜드주 게이더스버그에 있는 국립 표준 기술 연구소의 물리학자입니다.

Günceleme: 27/10/2022 18:44