Cum redefinește gravitația conceptul de kilogram: Ce au descoperit cercetătorii

Într-o lume în care măsurătorile precise sunt esențiale pentru știință, tehnologie și industrie, redefinirea unităților de măsură a devenit o prioritate.

Recent, doi cercetători, Claus Lämmerzahl, profesor de fizică gravitațională la Universitatea din Bremen, și Dr. Sebastian Ulbricht de la Institutul Național de Metrologie, au propus o abordare inovatoare: utilizarea gravitației pentru realizarea cuantică a unităților de măsură. Ideile lor au fost publicate în prestigiosul jurnal Physical Review Letters și deschid noi perspective în domeniul metrologiei, știința măsurării.

Revoluția din 2019: De la obiecte fizice la constante fundamentale

Până în 2019, unități precum kilogramul, metrul sau secunda erau definite prin comparație cu fenomene naturale sau obiecte fizice. De exemplu, kilogramul era legat de „kilogramul original,” un cilindru de metal păstrat într-un seif din Paris.

Cu toate acestea, această abordare prezenta limitări: obiectele fizice se degradează, iar măsurătorile bazate pe ele pot deveni imprecise. În 2019, o schimbare radicală a redefinit unitățile pe baza constantelor fundamentale ale naturii, cum ar fi constanta Planck. Kilogramul, de exemplu, a fost reconfigurat folosind metode bazate pe fizica cuantică.

Ce poți face de Crăciun în București. Evenimente și activități în perioada 24-26 decembrie 2024

Secretul pentru cea mai bună maioneză pentru salata de boeuf. Se face cu ouă întregi, în mai puțin de 1 minut și iese pufoasă

Un exemplu este utilizarea balanței Kibble, un dispozitiv care conectează masa cu cantități electrice. Prin măsurarea puterii mecanice și echilibrarea acesteia cu o putere electrică, balanța Kibble permite calcularea masei în raport cu unități electrice cuantice. Aceste măsurători sunt realizate folosind efecte precum efectul Josephson și efectul Hall cuantic, care sunt esențiale în metrologia modernă.

Gravitația ca fundament pentru măsurători mecanice

Lämmerzahl și Ulbricht propun extinderea acestei paradigme către gravitație. În viziunea lor, gravitația poate deveni un instrument la fel de puternic ca electromagnetismul în realizarea unităților de măsură.

„Un câmp gravitațional este pentru mase ceea ce un câmp electromagnetic este pentru sarcini electrice”, explică Lämmerzahl.

Cei doi cercetători au transpus efectele auxiliare utilizate în metrologie, precum efectele Josephson și Hall, în câmpurile gravitaționale. Astfel, ei sugerează posibilitatea de a crea o versiune gravitațională a acestor efecte cuantice. Această inovație ar putea deschide calea spre realizarea mecanică a kilogramului și altor unități, bazându-se exclusiv pe forța gravitațională.

Această abordare are mai multe avantaje. Spre deosebire de metodele bazate pe electromagnetism, gravitația este o forță fundamentală universală, prezentă în orice sistem care conține masă. Prin urmare, măsurătorile realizate prin intermediul gravitației ar putea fi mai robuste și independente de mediu.

Lämmerzahl și Ulbricht cred că transferul principiilor metrologice din electromagnetism în gravitație ar putea avea aplicații extinse, nu doar pentru realizarea kilogramului, ci și pentru alte unități mecanice fundamentale.

Implicațiile viitorului: Noi oportunități pentru metrologie

Această cercetare reprezintă un pas important în înțelegerea modului în care interacțiunile fundamentale din natură pot fi utilizate pentru măsurători extrem de precise. Dacă metoda propusă de Lämmerzahl și Ulbricht va fi validată, aceasta ar putea revoluționa din nou metrologia, oferind o alternativă elegantă și fiabilă la metodele actuale.

Dezvoltarea unor noi metode de realizare a unităților de măsură bazate pe gravitație ar putea avea aplicații în diverse domenii, de la fizică fundamentală până la tehnologie avansată. În plus, aceste descoperiri pun în evidență interconexiunea dintre câmpurile electromagnetice și gravitaționale, deschizând calea pentru noi direcții de cercetare în fizica cuantică și teoria gravitației.