Thế giới vừa định nghĩa lại 4 đơn vị: kilogram, ampere, kelvin và mole

Trong một cuộc họp tại Versailles (Paris, Pháp), các nhà khoa học đại diện từ 60 quốc gia đã biểu quyết về việc định nghĩa 4 đơn vị thuộc hệ đo lường quốc tế (SI), thay đổi định nghĩa về kilogram, ampere, kelvin và mole.

Thay đổi có hiệu lực từ 20/5/2019 sẽ chấm dứt việc sử dụng các đối tượng vật lý để xác định các đơn vị đo lường.

Theo BBC, cuộc biểu quyết diễn ra tại Hội nghị chung về cân nặng và đo lường (General Conference on Weights and Measures). Thay vì được xác định bằng trọng lượng thỏi kim loại mang tên Le Grand K được lưu giữ trong một hầm chứa tại Paris, 1 kilogram giờ đây sẽ xác định dựa trên Planck, hằng số cơ bản trong vật lý lượng tử.

Được đưa vào sử dụng từ năm 1889, Le Grand K trở thành tiêu chuẩn cho hệ thống đo lường trọng lượng quốc tế. Tuy nhiên, do một số bản sao được các quốc gia khác tạo ra, kèm theo tác động của môi trường khiến khối lượng của Le Grand K đã thay đổi.

Tuy sự chênh lệch chỉ là 50 phần tỷ, dù vậy trong thời đại cần sự chính xác cao như hiện nay, đặc biệt là trong lĩnh vực chế tạo thuốc, công nghệ nano hay kỹ thuật chính xác (precision engineering), các nhà khoa học buộc phải thay thế Le Grand K bằng một thứ chính xác hơn.

Tiến sĩ Stuart Davidson, trưởng phòng đo lường khối lượng thuộc Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia (NPL) cho biết: "Chúng tôi nhận thấy sự chênh lệch khi so sánh kilogram của Le Grand K tại Paris so với các bản sao trên khắp thế giới. Điều đó không thể chấp nhận được theo quan điểm khoa học, vì vậy nó sẽ không thể sử dụng được trong 100 năm tới".

Theo định nghĩa mới, 1 kilogram sẽ được xác định dựa trên Planck, hằng số cơ bản trong tự nhiên về vật lý lượng tử và dòng điện.

Nhưng khối lượng thì liên quan gì đến dòng điện?

Trước hết, hãy tìm hiểu một chút về nam châm điện. Tại các bãi phế liệu hay nhà máy, người ta sử dụng cần cẩu nam châm điện để nâng các vật bằng kim loại khối lượng lớn (xe, sắt thép,...). Lực kéo của nam châm và lực tác dụng ảnh hưởng trực tiếp đến dòng điện qua cuộn dây, vậy nên giữa trọng lượng và điện có mối quan hệ với nhau. Dựa trên nguyên tắc đó, các nhà khoa học có thể xác định 1 kilogram, hoặc bất cứ đơn vị trọng lượng nào theo lực hấp dẫn tác động lên một khối có cân nặng.

Hằng số Planck chính là mối liên hệ giữa trọng lượng với dòng điện. Planck được đặt tên theo nhà vật lý người Đức Max Planck và ký hiệu bằng chữ h.

Nhưng h là một con số cực kỳ nhỏ và để đo nó, tiến sĩ Bryan Kibble đã sáng chế ra cân Kibble, thiết bị giống như cân đòn nhưng thay vì các quả cân, một bên của nó gắn nam châm điện và 1 kilogram "điện" ở bên còn lại.

Để hoạt động, người ta cho dòng điện chạy qua nam châm điện và điều chỉnh đến khi hai bên cân bằng, từ đó đưa ra hằng số Planck chính xác nhất có thể, mà theo các nhà nghiên cứu là đến 0,000001%.

Nếu như với Le Grand K, nó cần được kiểm tra sau vài chục năm thì hệ thống này cho phép bất cứ ai kiểm tra ở bất cứ nơi nào và bất cứ đâu.

Các nhà khoa học đứng dậy vỗ tay sau khi kết quả được công bố

Như đã nói, việc thay đổi định nghĩa này không ảnh hưởng quá nhiều đến chúng ta, song với các nhà khoa học thì đây là bước tiến giúp mọi thứ trở nên thống nhất, các nghiên cứu cũng có sự thay đổi thuận lợi và chính xác hơn, đảm bảo sự ổn định trong tương lai của SI.

Đây là 4 đơn vị SI đã được định nghĩa lại dựa trên hằng số; và các đơn vị suy ra từ chúng như Volt, Ohm hay Joule:

- Kilogram: xác định bởi hằng số Planck (h)
- Ampere: xác định dựa trên hằng số electron (e)
- Kelvin: xác định dựa trên hằng số Boltzmann (k)
- Mole: xác định dựa trên hằng số Avogadro (NA)

Phúc Thịnh