Aardwetenschappen nog steeds relevant voor het nieuwe internationale systeem van SI eenheden
Op 16 november 2018 heeft de Algemene Conferentie voor Gewichten en Maten in Versailles officieel de nieuwe basiseenheden van het Internationaal Systeem van Eenheden (SI) goedgekeurd. Michel Van Camp, hoofd van de operationele directie “Seismologie en Gravimetrie” van de Koninklijke Sterrenwacht van België, en zijn collega’s van het Federaal Instituut voor Metrologie in Bern en de Universiteit van La Rochelle wijzen in een recent artikel op het belang van de aardwetenschappen in de oorsprong en meting van deze basiseenheden.
Deze eenheden, die gebaseerd zijn op 7 constanten, waaronder de snelheid van het licht c, het Avogadro-getal NA en de Planck-constante h, worden van kracht op 20 mei 2019.
Zo zal de kilogram officieel worden geherdefinieerd op basis van de constante van Planck. Dit vloeit voort uit de relatie E = mc² = hν van Einstein.
Deze nieuwe definitie is nodig omdat het gebruik van het internationale prototype van de kilogram in platina-iridium problematisch is. De stabiliteit van dit prototype is op lange termijn niet verzekerd omdat het beschadigd of vernietigd kan worden, en omdat het logistieke problemen met zich meebrengt bij het vergelijken van kopieën ervan.
De meter, de kilogram en de seconde zullen dus geherdefinieerd worden aan de hand van bewegingen en energie van elektronen, atomen en fotonen. De numerieke waarden van deze constanten zijn gekozen om de continuïteit met het oude systeem te waarborgen. Op deze manier behouden deze eenheden hun wortels met de aardwetenschappen: de meter was oorspronkelijk gedefinieerd als het 1/10.000.000e deel van een kwart van de meridiaan, de seconde als het 1/86.400e deel van een aardse dag, en de kilogram als de massa van een kubieke decimeter water.
In een artikel gepubliceerd in EOS, een tijdschrift van de American Geophysical Union wijzen Michel Van Camp en zijn co-auteurs erop dat aardwetenschappen nog steeds relevant blijven in de metrologie, zijnde de wetenschap van het meten. Om de kilogram in praktijk te realiseren, zal men o.a. gebruik maken van een experimenteel systeem dat kennis van de zwaartekracht g vereist. Deze grootheid is tegenwoordig meetbaar met een nauwkeurigheid van één miljardste van g (g = 9,811.116.665 m/s² op de Koninklijke Sterrenwacht van België te Ukkel), een precisie die mogelijk is door het onderzoek dat sinds meer dan 50 jaar onder meer aan de Koninklijke Sterrenwacht van België wordt uitgevoerd.
De Sterrenwacht blijft ook een referentie voor de eenheid van tijd, zijnde de seconde, en dit met een nauwkeurigheid beter dan één miljardste van een seconde. De seconde komt onrechtstreeks voor in de definitie van de kilogram, middels de waarde van de snelheid van het licht c, waarvan de eenheden in meter per seconde zijn.
Het artikel: Michel J. Van Camp, Philippe Richard, and Olivier de Viron, “Universal Units Reflect Their Earthly Origins”, EOS, gepubliceerd online op 14 november 2018. https://eos.org/project-updates/universal-units-reflect-their-earthly-origins
Links:
Webstream van de Algemene Conferentie voor Gewichten en Maten https://www.youtube.com/watch?v=qA67T7FPBME
Website van de operationele directie “Seismologie en Gravimetrie”: http://seismology.be/nl
Het uurbureel: https://betime.be/nl/
Persbericht van de FOD Economie van 20 mei 2018 : « De kilo is dood, leve de kilo!» https://news.economie.fgov.be/166207-de-kilo-is-dood-leve-de-kilo