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2019년 SI 기본 유닛 재정렬

2019 redefinition of the SI base units
"SI 기본 장치의 정의" 리디렉션이전 개정 내용은 메트릭 시스템의 기록을 참조하십시오.
2019년 재지정 후 SI 시스템:기본 단위 정의는 고정된 숫자 값을 가진 물리적 상수와 다른 기본 단위에 의존한다.화살표는 일반적인 종속성 그래프와 비교하여 반대 방향으로 표시된다. 즉, 차트의 a→ 은는) b {\에 의존한다는 것을 의미하며{\은(는) 을 정의하는 데 사용된다
1983년 이후의 SI 시스템, 그러나 2019년 재정의 이전:기본 단위 정의의 다른 기본 단위(예를 들어, 미터기는 빛의 특정 분량으로 이동한 거리로 정의된다)에 대한 의존성, 이를 정의하기 위해 사용된 자연 상수 및 인공물(kg용 IPK 질량 등)과 함께.

2019년에는 국제수량시스템에 명시된 7개의 SI기초단위 중 4개를 표준킬로그램 등 인간유물이 아닌 자연물리적 상수 관점에서 재정립했다.[1][2]메트르 협약 144주년인 2019년 5월 20일 발효는 이제 플랑크 상수(h), 기본 전하(e), 볼츠만 상수(kB), 아보가드로 상수(NA)에 대해 SI 단위로 표현할 때 정확한 숫자 값을 설정함으로써 정의된다.두 번째, 미터, 칸델라는 이전에 물리적 상수를 사용하여 다시 정의되었다.4개의 새로운 정의는 어떤 단위의 값도 변경하지 않고 SI를 개선함으로써 기존 측정과의 연속성을 보장하는 것을 목표로 했다.[3][4]2018년 11월 제26차 가중치 및 측정 총회(CGPM)는 이러한 변경을 만장일치로 승인했는데,[5][6] 국제 가중치 및 측정 위원회(CIPM)는 이전에 합의한 변경 조건이 충족되었다고 판단해 그해 초 제안했었다.[7]: 23 이러한 조건들은 구 SI 정의에 비해 상수를 높은 정확도로 측정하는 일련의 실험에 의해 충족되었고, 수십 년의 연구의 절정이었다.

이전의 주요 미터법 변경은 국제 단위 체계(SI)가 정식으로 간행된 1960년에 일어났다.이때 미터법을 다시 정의하였다: 그 정의는 미터기의 프로토타입에서 크립톤-86 방사선의 스펙트럼 라인의 일정한 수의 파장으로 변경되어 보편적인 자연현상으로부터 파생될 수 있게 되었다.[Note 1]킬로그램은 물리적 프로토타입에 의해 정의되어 SI 단위 정의가 의존하는 유일한 인공물이 되었다.이때 SI는 일관성 있는 시스템으로서 7개의 기본 유닛을 중심으로 구성되었으며, 그 파워는 다른 모든 유닛을 구성하는 데 사용되었다.2019년 재정의를 통해 SI는 7개의 정의 상수를 중심으로 구성돼 이들 상수에서 모든 단위를 직접 구성할 수 있다.기본 단위의 지정은 유지되지만 더 이상 SI 단위를 정의하는데 필수적인 것은 아니다.[4]

미터법은 원래 변하지 않는 현상으로부터 파생되는 측정 체계로 구상되었지만,[8] 1799년 프랑스에서 미터법이 도입되었을 때, 실제적인 제한으로 인해 미터법과 킬로그램의 원형 등 공예품의 사용이 필요했다.장기간 안정성을 위해 설계되었지만, 프로토타입 킬로그램의 질량과 그 2차 복사본은 시간이 지남에 따라 서로에 비해 작은 변화를 보여왔다; 그것들은 과학에 의해 요구되는 증가하는 정확성에 적합하지 않다고 생각되어, 적절한 대체품을 찾도록 했다.일부 단위의 정의는 켈빈과 같이 실험실에서 정밀하게 실현하기 어려운 측정에 의해 정의되었으며, 이는 물의 3중 점으로 정의되었다.2019년 재정의를 통해 SI는 자연현상으로부터 완전히 파생될 수 있게 되었고, 대부분의 단위는 기본 물리적 상수에 기초하게 되었다.

많은 저자들이 수정된 정의에 대한 비판을 발표하였다; 그들의 비판은 그 제안이 달튼의[Note 2] 정의와 킬로그램의 정의, 두더지, 아보가드로 상수 사이의 관계를 끊는 영향을 다루는데 실패했다는 전제를 포함하고 있다.

배경

주요 기사:메트릭 시스템의 기록

SI의 기본 구조는 1791년에서 1960년 사이에 약 170년에 걸쳐 개발되었다.1960년 이후 기술의 발전으로 킬로그램의 정의를 위한 물리적 유물에 대한 의존과 같은 SI의 약점을 해결할 수 있게 되었다.

SI 개발

프랑스 혁명 초기 프랑스 제헌국회의 지도자들은 논리와 자연현상의 원리에 입각한 새로운 측정 시스템을 도입하기로 결정했다.1미터는 북극에서 적도까지의 거리의 1천만분의 1로 정의되었고, 1킬로그램은 1입방미터의 순수한 물의 1천분의 1의 질량으로 정의되었다.이러한 정의는 단위의 소유를 피하기 위해 선택되었지만, 실용적으로 사용할 수 있을 만큼 편리하거나 정밀하게 측정할 수 없었다.대신, 이러한 원칙을 실현하기 위한 "최고의 시도"였던 métre des Archives와 kgme des Archives의 형태로 실현되었다.[9]

1875년까지 미터법의 사용은 유럽과 중남미에서 널리 퍼지게 되었다. 그 해에는 산업적으로 발달한 20개국이 메트레 협약에 참가하여, 메트레 조약에 서명하게 되었고, 그 조약에 따라 킬로그램과 메트의 국제 프로토타입을 보관하기 위해 세 개의 기구가 설치되었다.국가 프로토타입과 비교를 [10][11]규제하다그 결과는 다음과 같았다.

  • CGPM(체중 및 측정에 관한 총회, Conférence générale des poids et mesures) – 총회는 4~6년마다 개최되며, 총회에 서명한 국가의 대표들로 구성된다.국제단위시스템의 전파와 개선을 보장하기 위해 필요한 약정을 논의하고 검토하며, 새로운 근본적인 도량형 결정의 결과를 지지한다.
  • CIPM(국제체중측정위원회, Comité International Despids et mesures) – 이 위원회는 CGPM이 지명한 다른 국가에서 온 18명의 저명한 과학자로 구성된다.CIPM은 매년 모임을 가지며 CGPM에게 조언하는 임무를 맡는다.CIPM은 각각의 특정 관심 분야를 담당하는 여러 소위원회를 설치했다.그 중 하나인 단위 협의회(CCU)는 측정 단위에 관한 사항을 CIPM에 자문한다.[12]
  • BIPM(국제중량 측정국, 국제 데스파이드 등 메스) – 이국은 킬로그램과 미터 단위의 국제 프로토타입을 안전하게 보관하고, 국가 프로토타입과 국제 프로토타입을 정기적으로 비교할 수 있는 실험실 시설을 제공하며, CIPM 및 CIPM의 사무국이다.CGPM

제1회 CGPM (1889)은 영국 회사인 존슨 매티가 만든 40미터의 시제품과 40킬로그램의 시제품의 사용을 공식적으로 미터 협약이 위임한 표준으로 승인했다.[13]Metre No. 6번과 Kkg KIII는 각각 미터와 킬로그램의 국제 시제품으로 지정되었고, CGPM은 다른 사본들을 작업 복사본으로 보유했으며, 나머지는 국가 시제품으로 사용하기 위해 회원국에 배포되었다.약 40년에 한 번, 국가 프로토타입을 국제 프로토타입과 비교하고 재교정했다.[14]

1921년 메트르 협약은 개정되었고 CGPM의 위임은 질량과 길이뿐만 아니라 모든 측정 단위에 대한 표준을 제공하도록 확대되었다.그 후 몇 년 동안 CGPM은 전류(1946), 광도(1946), 온도(1948), 시간(1956), 어금니 질량(1971)의 표준을 제공하는 책임을 맡았다.[15]1948년 제9차 CGPM은 CIPM에 "메트르 협약에 따른 모든 국가의 채택에 적합한 단일 단위 측정 단위에 대한 권고안을 마련하라"[16]고 지시했다.이 의무에 근거한 권고안은 제11회 CGPM(1960년)에 제시되었으며, 정식으로 받아들여져 "Systeme International d'Unités"라는 명칭과 그 약어 "SI"[17]가 주어졌다.

변화에 대한 자극

SI 기지 단위의 정의 뒤에 기초 원리를 바꾼 전례가 있다; 제11회 CGPM(1960)은 SI 미터계를 크립톤-86 방사선의 파장 측면에서 정의하여 SI 미터 전을 대체하였고, 제13회 CGPM(1967)은 지구의 평균 회전 프로를 기초로 한 두 번째의 원래 정의를 대체하였다.m 1750 ~ 1892년,[18] 세슘-염기 원자의 지면 상태의 두 가지 초미세 수준 사이의 전환으로 방출되거나 흡수되는 방사선의 빈도에 기초한 정의.제17회 CGPM(1983)은 초속 미터 단위로 빛의 속도를 정확하게 정의함으로써 1960년도의 meter를 초속 1로 대체했다.[19]

국가 프로토타입 K21–K40의 시간 경과에 따른 대량 표류,[Note 3] 그리고 국제 프로토타입의 자매 사본 2부: K32 및 K8(41).모든 질량 변화는 IPK에 관련된다.[20]

제조 이후 국제 시제품(IPK) 대비 국가 시제품 킬로그램에서 연간 최대 2×10kg의−8 표류량이 검출됐다.국가 프로토타입이 질량을 얻고 있는지 IPK가 질량을 잃고 있는지 판단할 방법이 없었다.[21]뉴캐슬 대학의 도량학자 피터 쿰슨은 그 이후 수은 증기 흡수나 탄소질 오염을 이러한 표류의 가능한 원인으로 밝혀냈다.[22][23]제21차 CGPM(1999년) 회의에서는 킬로그램과 특정 유물의 연관성을 깨는 방법에 대해 국가 연구소에 조사를 촉구했다.

도량형학자들은 기초적인 물리적 상수에 기초하여 킬로그램의 재정립을 위한 몇 가지 대안적 접근법을 연구했다.그 중에서도 아보가드로 프로젝트와 키블 밸런스(Kibble balance, 2016년 이전의 '와트 밸런스'로 알려져 있음) 개발은 매우 정밀하게 질량을 간접적으로 측정하는 방법을 약속했다.이 프로젝트들은 킬로그램의 정의를 위한 대체 수단을 가능하게 하는 도구를 제공했다.[24]

CIPM에 대한 CCT(Council for Thermometry Communications for Chermetry)가 2007년에 발표한 보고서는 이들의 현재 온도 정의가 20K 미만의 온도와 1300K 이상의 온도에 대해 만족스럽지 못하다는 것이 입증되었다고 지적했다.위원회는 볼츠만 상수가 이러한 어려움을 극복했기 때문에 삼중수소를 하는 것보다 더 나은 온도 측정의 근거를 제공했다고 보았다.[25]

CGPM은 제23차 회의(2007년)에서 CIPM에 당시 사용 중이던 유물이 아닌 모든 측정 단위의 기준으로 자연 상수의 사용을 조사하도록 의무화했다.이듬해 이것은 국제 순수 및 응용물리학 연맹(IUPAP)에 의해 승인되었다.[26]2010년 9월 영국 리딩에서 열린 CCU 회의에서, 2010년 10월 다음 CIPM 회의에 상정할 예정이었던 SI 브로셔의 결의안과[27] 변경 초안이 원칙적으로 합의되었다.[28]2010년 10월 CIPM 회의에서 "총회가 23차 회의에서 정한 조건이 아직 완전히 충족되지 않았다"고 밝혔다.[Note 4]이러한 이유로 CIPM은 현재 SI의 개정을 제안하지 않는다."[30]그러나 CIPM은 제24회 CGPM(2011년 10월 17일–21일)에서 새로운 정의에 원칙적으로 동의하되 세부사항이 확정될 때까지 이를 이행하지 않기로 하는 검토 결의안을 제시했다.[31]이 결의안은 총회에서 받아들여졌고,[32] 게다가 CGPM은 제25차 회의 날짜를 2015년에서 2014년으로 앞당겼다.[33][34]2014년 11월 18~20일 제25차 회의에서 "[필요요요건 진행]에도 불구하고 CGPM이 25차 회의에서 개정 SI를 채택할 만큼 자료가 아직 충분히 견고하지 않은 것으로 보인다"[35]고 밝혀져 2018년 차기 회의로의 개정을 연기했다.2017년 조건을 만족시킬 만큼 정확한 측정이 가능했으며, 제26회 CGPM(2018년 11월 13~16일)에서 재분석을[36] 채택했다.

재정의

CGPM에서[36] 채택한 수치 값은 공개된 CODATA 2017 값과 동일하다.[37]

1983년에 빛의 속도에 대한 정확한 수치값 측면에서 미터 재설정에 성공한 후, BIPM의 단위 협의회(CCU)는 권고했고 BIPM은 정확한 값을 가지도록 4개의 자연 상수를 더 정의해야 한다고 제안했다.이것들은

이 상수들은 2006년 버전의 SI 매뉴얼에 설명되어 있지만, 그 버전에서, 후자의 세 가지 상수는 "defining 상수"가 아니라 "실험에 의해 얻어야 할 정수"로 정의되어 있다.재정의는 다음과 같은 자연 상수와 관련된 숫자 값을 변경하지 않고 유지한다.

  • 광도 c의 속도는 정확히 초당 299792458m(m³−1)이다.
  • 세슘-133 원자 Δν의 지상 상태 초미세 구조 전환 주파수는 정확히 9192631770 헤르츠(Hz)이다.
  • 인간의 눈의 피크 민감도에서 녹색 빛의 주파수인 540×10Hz12(540THz)의 단색 방사선의 발광 유효성 K는cd 와트당 683루멘(lm⋅W−1)이다.

위의 7가지 정의는 제9차 SI 브로셔에 따르면 제2차, 미터, 킬로그램, 암페어, 켈빈, 몰, 칸델라 등 7가지 기본 단위로 표현된 파생 단위(joule, 쿨롱, 헤르츠,[4] 루멘, 와트)로 아래에 다시 쓰여 있다.다음 목록에서 기호 sr은 치수 없는 단위 스테라디언을 나타낸다.

  • Δν = Δν(133Cs)hfs = 9192631770초−1
  • c = 299792458m³−1
  • h = 6.62607015×10−34 kg⋅m³s2−1
  • e = 1.602176634×10−19 A⋅s
  • k = 1.380649×10−23 kg⋅m2⋅K−1⋅s−2
  • NA = 6.02214076×1023 mol−1
  • Kcd = 683 cdsrs⋅sskg3⋅m−1−2

재정의의 일환으로, 킬로그램의 국제 프로토타입은 폐기되었고 킬로그램, 암페어, 켈빈의 정의는 대체되었다.두더지의 정의가 수정되었다.이러한 변경은 기본 단위에 관한 SI 파생 단위의 정의는 그대로 유지되지만 SI 기본 단위를 재정의하는 효과가 있다.

기본 장치 정의에 미치는 영향

CCU 제안에 따라, 모든 기본 단위의 정의의 본문을 정제하거나 다시 작성함으로써, 명시적 단위에서 명시적 고정형 정의로 강조점을 변경하였다.[38]명시적 단위 형식 정의는 그 단위의 특정 예에 따라 단위를 정의한다. 예를 들어, 1324년 에드워드 2세는 인치를 보리옥수수[39] 3개의 길이로 정의했고 1889년부터 2019년까지 킬로그램은 킬로그램의 국제 프로토타입의 질량으로 정의했다.명시적으로 일정한 정의에서 자연의 상수에는 특정한 값이 주어지고 그 결과로 단위의 정의가 나타난다. 예를 들어 1983년에 빛의 속도는 정확히 초당 299792458m로 정의되었다.두 번째가 이미 독립적으로 정의되었기 때문에 미터 길이가 유도될 수 있다.이전과[19] 2019년[4][37] 정의는 다음과 같다.

둘째

두 번째 정의의 새로운 정의는 사실상 이전 정의와 동일하며, 유일한 차이점은 정의가 적용되는 조건이 더 엄격하게 정의된다는 것이다.

  • 이전 정의:두 번째는 세슘-133 원자의 지상 상태의 두 초미세 수준 사이의 전환에 해당하는 방사선 9192631770 기간의 지속시간이다.
  • 2019년 정의:두 번째 기호 s는 시간의 SI 단위다.세슘-133 원자의 불침투하지 않은 지상 상태 초미세 Cs전환 주파수인 세슘 주파수 Δ fixed의 고정 수치 값을 s와−1 동일한 단위 Hz로 표현했을 때 9192631770으로 취함으로써 정의된다.[40]

두 번째는 정의 상수에 대해 직접 표현할 수 있다.

1s).mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac.num,.mw-parser-output.sfrac .den{디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px 고체}.mw-pars.er-output .sr-only{국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}9192631770/ΔνCs.

미터

미터기의 새로운 정의는 사실상 이전 것과 동일하며, 유일한 차이점은 두 번째 정의의 추가 엄격함이 미터로 전파되었다는 것이다.

  • 이전 정의:미터기는 1/299792458초의 시간 간격 동안 진공에서 빛에 의해 이동한 경로의 길이다.
  • 2019년 정의:기호 m인 미터(m)는 길이의 SI 단위다.진공 c에서 빛의 속도에 대한 고정 수치 값을 단위 m³s로−1 표현했을 때 299792458로 취함으로써 정의되며, 여기서 두 번째 값은 세슘 주파수 Δν 단위로 정의된다.Cs

미터기는 정의 상수 측면에서 직접 표시할 수 있다.

1m = 9192631770/299792458c/Δ³.Cs

킬로그램

킬로그램의 국제 프로토타입 측면에서 플랑크 상수를 측정하는 데 사용된 키블 균형.[41]

킬로그램의 정의는 근본적으로 바뀌었다; 이전의 정의는 킬로그램의 국제 프로토타입의 질량을 정의했는데, 이것은 자연의 상수라기보다는 하나의 공예품이다.[42]새로운 정의는 킬로그램과 플랑크 상수를 통해 광자의 주파수가 주어진 광자의 에너지의 등가 질량과 관련된다.

  • 이전 정의:킬로그램은 질량의 단위로서 국제 킬로그램 원형의 질량과 같다.
  • 2019년 정의:기호 kg인 킬로그램은 질량의 SI 단위다.단위 J2⋅s로−1 표현했을 때 플랑크 상수 h의 고정 수치 값을 6.62607015×10으로−34 취함으로써 정의되며, 여기서 미터와 초는 c와 Δδ 단위로 정의된다.Cs

예를 들어, 이 2019 정의와 동등한 앞에서 제안된 재정의는 다음과 같다: "킬로그램은 주파수가 [1.35392489652×1050] 헤르츠인 광자 집합의 에너지와 동등한 등가 에너지를 가진 정지 상태의 신체의 질량이다."[43]

킬로그램은 정의 상수에 대해 직접 표현할 수 있다.

1kg = (299792458)/(26.62607015×10−34)(9192631770)HΔ³/Csc2.

로 이끈다

1J⋅s = h/6.62607015×10−34
1 J = Δν/(Cs6.62607015×10−34)(9192631770)
1 W = h(Δ³)/(Cs26.62607015×10−34)(9192631770)2
1 N = 299792458/(6.62607015×10−34)(9192631770)2h(Δδ)/Cs2c

암페어

암페어의 정의는 크게 수정되었다.실무에서 높은 정밀도로 실현하기 어려운 이전의 정의는 실현하기 쉬운 정의로 대체되었다.

  • 이전 정의:암페어는 무한 길이의 두 개의 직선 평행 도체로 유지되고 무시해도 될 정도의 원형 단면을 유지하며 진공에서 1m 간격으로 배치될 경우 이들 도체 사이에 길이 당 2×10−7 뉴턴과 같은 힘이 발생하는 정전류다.
  • 2019년 정의:기호 A인 암페어는 전류의 SI 단위다.단위 C에 표현되었을 때 1.602176634×10으로−19 기본 전하 e의 고정 수치 값을 취함으로써 정의되며, 여기서 두 번째 값은 Δs로 정의된다.Cs

암페어는 다음과 같이 정의 상수에 직접 표현될 수 있다.

1 A = Δν/(Cs1.602176634×10−19)(9192631770)

그림의 경우 이는 하나의 쿨롱을 기본 전하 배수로 정확하게 정의한 것과 같다.

1 C = e/1.602176634×10−19

이전 정의는 치수가 MLT인−2 힘에 대한 참조를 포함하기 때문에, 이전 SI에서 킬로그램, 미터 및 두 번째 치수들을 나타내는 기본 단위인 암페어를 정의하기 전에 정의해야 했다.이전 정의의 다른 결과는 SI에서 진공 투과성 값(μ0)이 정확히 4π×10−7 H⋅m으로−1 고정되었다는 것이다.[44]진공(c)에서의 빛의 속도도 고정되어 있기 때문에 관계에서 따랐던 것이다.

진공 허용률(vacuum permitivity0)이 고정된 값을 가지며, 에서
여유 공간(Z0)의 임피던스도 마찬가지로 고정된 값을 가지고 있다는 것.[45]

수정된 정의의 결과는 암페어가 더 이상 킬로그램과 미터 정의에 의존하지 않는다는 것이다. 그러나 암페어는 여전히 두 번째 정의에 의존한다.또한, 재정의 전 정확했던 진공투과성, 진공유연성, 자유공간의 임피던스 등의 SI 단위로 표현했을 때의 수치값도 재정의 후의 실험오차를 받게 된다.[46]예를 들어 진공투과성의 수치값은 미세구조 상수 의 실험값과 동일한 상대적 불확실성을 가지고 있다[47] }의 상대적 표준 불확도에 대한 CODATA 2018 값은 1.5×10이다−10.[48][Note 5]

암페어 정의는 정확한 값으로 이어진다.

1V = 1.602176634×10−19/(6.62607015×10−34)(9192631770)HΔ³/Cse
1Wb = 1.602176634×10−19/6.62607015×10h−34/e
1 Ω = (1.602176634×10−19)2/6.62607015×10−34h/e2

켈빈

켈빈의 정의는 근본적인 변화를 겪었다.온도 눈금을 고정하기 위해 세 개의 점의 물을 사용하는 대신, 새로운 정의는 볼츠만의 방정식에서 주어진 것과 동등한 에너지를 사용한다.

  • 이전 정의:열역학적 온도의 단위인 켈빈은 물의 3중점 열역학적 온도의 1/273.16이다.
  • 2019년 정의:기호 K인 켈빈은 열역학 온도의 SI 단위다.단위 J⋅K로−1−2−1 표현했을 때 볼츠만 상수 k의 고정 수치 값을 1.380649×10으로−23 취함으로써 정의되며, 여기서 kg, meter2, 2위는 h, c, Δν 단위로 정의된다.Cs

켈빈은 다음과 같이 정의 상수에 직접 표현될 수 있다.

1 K = 1.380649×10−23/(6.62607015×10−34)(9192631770)HΔ³/Csk.

몰

거의 완벽한 초순도 실리콘 영역 – 이제 사라진 아보가드로 프로젝트의 일부, 아보가드로 상수를[41] 결정하기 위한 국제 아보가드로 조정 프로젝트의 일부

이전의 몰의 정의는 그것을 킬로그램과 연결시켰다.개정된 정의는 몰을 해당 물질의 특정 개수의 실체로 만들어 그 연결고리를 깨트린다.

  • 이전 정의:두더지는 탄소-12의 0.012 킬로그램에 원자가 있는 만큼 많은 기본 실체를 포함하는 시스템의 물질의 양이다.몰을 사용할 때, 기본 실체는 명시되어야 하며 원자, 분자, 이온, 전자, 기타 입자 또는 그러한 입자의 특정 그룹일 수 있다.
  • 2019년 정의:[7]: 22 몰, 상징몰은 물질의 SI 단위다.한 몰에는 정확히 6.02214076×10의23 기본 실체가 포함되어 있다.이 숫자는 단위 mol로−1 표현했을 때 아보가드로 상수 N의A 고정 수치로서 아보가드로 번호라고 한다.[7][49]시스템의 물질량(기호 n)은 특정 기본 실체의 수를 측정한 값이다.기본 실체는 원자, 분자, 이온, 전자, 기타 입자 또는 특정 입자 그룹일 수 있다.

몰은 다음과 같이 정의 상수에 대해 직접 표현할 수 있다.

1 mol = 6.02214076×1023/NA.

이러한 변화의 한 가지 결과는 이전에 정의된 C원자 질량, 달튼, 킬로그램, 아보가드로 상수와의 관계가 더 이상 유효하지 않다는 것이다.다음 중 하나가 바뀌어야 했다.

  • C 원자의 질량은 정확히 12달튼이다.
  • 1그램의 달튼 수는 정확히 아보가드로 상수(즉, 1 g/Da = 1 molA ⋅ N)의 숫자 값이다.

제9회 SI 브로셔의[4][Note 6] 문구는 1차 진술이 여전히 유효함을 암시하고 있으며, 이는 2차 진술이 더 이상 사실이 아님을 의미한다.어금니 질량 상수는 여전히 매우 정확하게 1 g/mol 남아 있지만, 더 이상 정확히 그것과 같지 않다.규정 부록 29일 SI여행에"탄소 12의 몰 질량, M(12C)친척 기준 불확실성 안에 0.012 kg⋅mol−1 그 NAh의 권장되는 가치의 이 해상도, 즉 4.5×10−10 채택되고 시간에서 동등한기 위해 그 미래에 그 가치를 실험적으로 결정될 것이다는 동등하다."[50][51] 없는 심판게 만든다고 합니다.는 d에 erence알튼은 어느 쪽 진술과도 일치한다.

칸델라

칸델라의 새로운 정의는 킬로그램의 재정의 결과, 킬로그램의 재정의 결과, 그리고 두 번째와 미터기의 정의에 부가적인 엄격함이 칸델라에게 전파되는 결과로, 사실상 이전의 정의와 동일하다.

  • 이전 정의:칸델라는 주어진 방향에서 주파수 54012×10Hz의 단색 방사선을 방출하고 스테라디안 1인당 1/683와트의 그 방향으로 복사 강도를 갖는 선원의 발광 강도다.
  • 2019년 정의:기호 cd인 칸델라는 주어진 방향에서 발광 강도의 SI 단위다.주파수 540×10Hz12, K의cd 단색 방사선의 발광 효율에 대한 고정 수치 값을 cdssrwW와−1 동일한 lmmW 단위−1 또는 kd kilogramsrkgδm³s로−1−23 표현했을 때 683이 되도록 하여 정의하며, 여기서 kg, meter, 2를 h, c, Δν 단위로 정의한다.Cs
1 cd = 1/683(6.62607015×10−34)(9192631770)2Kcdh(ΔνCs)2

재현성에 미치는 영향

7개의 SI 기본 단위는 모두 정의된 상수와[Note 7] 범용 물리적 상수로 정의된다.[Note 8][52]7개의 기본 단위를 정의하기 위해 7개의 상수가 필요하지만 각 특정 기본 단위와 특정 상수 사이에는 직접적인 대응은 없다. 두 번째와 몰을 제외하고, 7개 상수 중 하나 이상이 주어진 기본 단위의 정의에 기여한다.

뉴 SI가 처음 설계되었을 때 설계자가 선택할 수 있는 적절한 물리적 상수가 6개 이상 있었다.예를 들어, 일단 길이와 시간이 설정되면, 차원 관점에서 보편적 중력 상수 G는 질량을 정의하는 데 사용될 수 있다.[Note 9]실제로 G는 10의−5 순서에 대한 상대적 불확실성으로만 측정할 수 있는데,[Note 10] 이는 킬로그램의 재현성의 상한선이 10−5 정도인 반면, 킬로그램의 현재 국제 프로토타입은 1.2 × 10의−8 재현성으로 측정할 수 있다.[46]물리적 상수는 사용 중인 다른 상수에 대해 상수와 상수의 독립성 정도를 측정하는 것과 관련된 최소한의 불확실성에 기초하여 선택되었다.BIPM은 각 측정 유형에 대해 표준 미즈 엔 프라티크(실용적 기법)[53]를 개발했지만, 측정을 위해 사용되는 미즈 엔 프라티크는 측정 정의의 일부가 아니며, 이는 측정이 지정된 최대 불확실성을 초과하지 않고 수행될 수 있다는 확신에 불과하다.

수락

참고 항목: CODATA 2018

CIPM이 수행한 작업의 상당 부분은 자문위원회에 위임된다.CIPM Council for Units(CCU)는 제안사항을 변경한 반면, 다른 위원회는 제안사항을 상세히 검토하고 2014년 CGPM의 수용과 관련하여 권고안을 제시하였다.협의회는 CCU의 제안을 지지하기 전에 반드시 충족되어야 할 여러 기준을 다음과 같이 정했다.

  • 킬로그램의 재정의 경우, 5×10−8 이하의 상대적 확장(95%) 불확실성을 갖는 플랑크 상수에 대해 최소 3회의 개별 실험을 수행해야 하며, 이들 값 중 적어도 하나는 2×10보다−8 우수해야 한다.키블 잔액과 아보가드로 프로젝트는 모두 실험에 포함되어야 하며 이들 사이의 차이는 조정되어야 한다.[54][55]
  • 켈빈 재정의 경우, 음향 가스 열측정법 및 유전 상수 가스 열측정법 등 근본적으로 다른 두 가지 방법에서 도출된 볼츠만 상수의 상대적 불확실성은 10−6 이상이어야 하며, 이러한 값은 다른 측정에 의해 확증되어야 한다.[56]

2011년 3월 현재 국제 아보가드로 조정(IAC) 그룹은 3.0×10의−8 불확실성을, NIST는 측정에서 3.6×10의−8 불확실성을 얻었다.[24]2012년 9월 1일 유럽국가측정학협회(EURAMET)는 킬로그램의 측정에 대한 키블 균형과 실리콘 구체 접근법 사이의 상대적 차이를 (17±5)×10에서−8 2×10−8 이내로 줄이기 위한 공식 프로젝트를 시작했다.[57]2013년 3월 현재 제안된 재정의가 "New SI"[3]라고 알려져 있지만, Mohr는 CGPM 제안에 따르지만 공식적인 CCU 제안보다 앞선 논문에서 제안된 시스템이 거시적 현상이 아닌 원자적 척도 현상을 사용하기 때문에 "Quantum SI 시스템"이라고 불러야 한다고 제안했다.[58]

2014년 말까지 수집된 데이터를 사용하여 2016년에 발표된 기본 물리적 상수의 2014년 CODATA 권장 값을 기준으로 모든 측정값이 CGPM의 요구 사항을 충족했으며, 2018년 말 4년마다 열리는 재정의 및 다음 CGPM 미팅이 이제 진행될 수 있게 되었다.[59][60]

10월 20일 2017년에, 국제 위원회 중량과 측정의106th 회의(CIPM)공식적으로, SI의 재정의에, 이에 26일 CGPM,[7]:17–23 그 같은 날에, 최종 values,[7]:22CODATA 태스크 그룹 기초적의 국제 도량형 위원회의 승인에 대한 반응에서 표결한 개정 초안 결의안 A 받았다.Constants published 그것의 2017년 추천된 불확실성을 가진 4개의 상수 값과 불확실성 없는 재정의를 위한 제안된 숫자 값.[37]2018년 11월 16일 제26회 GCPM에서 실시된 투표는 만장일치로, 참석 국가 대표 모두가 개정안에 찬성표를 던졌다.

새로운 정의는 2019년 5월 20일에 발효되었다.[61]

걱정

2010년 미국연방과학산업연구기구(CSIRO)의 마커스 포스터는 SI에 대한 광범위한 비판을 발표했는데, 그는 대부분의 서구 컴퓨터 키보드에서 기호 "Ω"(Ome, 옴의 경우 Ome)의 부재와 같은 기본적인 문제에서부터 회의에서의 부적절한 형식주의와 같은 추상적인 문제까지 수많은 문제를 제기했다.SI의 기반이 되는 논리적인 개념들새로운 SI에서 제안된 변경은 칸델라와 몰의 새로운 정의를 포함한 기본 단위의 정의에 관한 문제만을 다루었을 뿐이며 포스터는 진정한 기본 단위가 아니라고 주장했다.포스터가 제기한 다른 문제들은 제안의 범위를 벗어났다.[62]

명시적 단위 및 명시적 정수의 정의

정의되는 단위의 명시적 정수로 정의되는 정의의 사용은 그 수량의 예와 관련이 없는 많은 부작용을 일으킬 것이라는 우려가 표명되었다.[63]이 비판은 특수 상대성 및 양자역학에 대한 지식이 필요한 경로를 통해 플랑크 상수 h에 대한 킬로그램의 연계에 적용되지만, 이전의 정의보다 수량의 예에 가까운 암페어의 정의에는 적용되지 않는다.[64][65]일부 관측통들은 두 개의 병렬 전류 전달 와이어 사이의 힘에 대한 이전의 정의가 아니라 전자 전자의 전하로 전류의 정의를 기초로 한 변화를 환영했다; 두 신체 사이의 전자기 상호작용의 특성이 클라와는 양자 전기역학 수준에서 다소 다르기 때문이다.정전기역학 수준, 양자전기역학 수준에서 존재하는 양을 정의하기 위해 고전 전기역학을 사용하는 것은 부적절하다고 간주된다.[46]

질량 및 아보가드로 상수

2005년 IPK와 국가 킬로그램 프로토타입 사이의 차이 규모가 보고되었을 때, 킬로그램이 실리콘-28 원자의 질량 측면에서 정의되어야 하는지 키블 밸런스를 사용하여 정의되어야 하는지에 대한 논쟁이 시작되었다.실리콘 원자의 질량은 아보가드로 프로젝트를 사용하여 결정할 수 있고 아보가드로 상수를 사용하여 킬로그램과 직접 연결될 수 있다.[66]제안서 작성자들이 몰, 킬로그램, 달튼, 아보가드로 상수(NA)의 연결고리를 끊는 충격을 해소하지 못했다는 우려도 표출됐다.[Note 11]스웨덴 철학자 요한슨에 따르면 이러한 직접적인 연결고리는 많은 사람들로 하여금 이 두더지가 진정한 물리적 단위가 아니라 "스케일링 팩터"[62][67]라고 주장하게 만들었다.

SI 브로셔 8판은 달튼을 C의 원자 질량으로 정의하고 있다.[68]아보가드로 상수를 이 질량과 킬로그램 단위로 규정해 실험에 의해 결정된다.제안서는 아보가드로 상수를 고정하고 제9 SI 브로셔는[4] C의 관점에서 달튼의 정의를 유지하며, 달튼과 킬로그램의 연계가 깨지는 효과가 있다.[69][70]

1993년 국제순수응용화학연합(IUPAC)은 CGPM이 승인하지 않은 자격을 가지고 통일된 원자질량 단위에 대한 대안으로 달튼의 사용을 승인했다.[71]이 승인은 그 후 행해졌다.[72]그 제안은 그 아보가드로 상수 값을 개량하여 스파이가 재정의한 데 이어 브라이언은 레오나드는, 애크런 대학교의, Metrologia에 글을 쓰면서 다음과 같이 나디아(g/Da)mol−1 초기 조향 순간은 돌턴지만, 통일된 원자 질량 단위, 정확히 동일한 중단 12C의 질량에 의거해 현재의 정의를 유지하(뮤)이 다시 정의되어야(다)을 제안했다.그이것은 달튼과 원자 질량 단위가 10의−10 상대적 불확실성으로 서로 다른 결과를 초래할 것이다.[73]그러나 제9 SI 브로셔에서는 달튼(Da)과 통일 원자 질량 단위(u)를 모두 킬로그램과 관계 없이 자유 탄소-12 원자의 질량의 정확히 1/12로 정의하고 있으며,[4] 위 방정식이 부정확할 것이라는 효과로 정의하고 있다.

온도

온도 범위마다 다른 측정 방법이 필요하다.실내 온도는 온도계에서 액체의 팽창과 수축으로 측정할 수 있지만 높은 온도는 종종 흑체 방사선과 관련이 있다.Wojciech T.샤일라는 폴란드물리학회지(Journal of Pollish Physical Society)에서 철학적인 관점에서 SI의 구조에 접근하면서 온도는 실제 기저단위가 아니라 해당 신체를 구성하는 개별 입자의 열 에너지의 평균이라고 주장했다.[46]그는 많은 이론적 논문에서 온도는 다음과 같은 경우 β 또는 β의 양으로 표현된다고 언급했다.

그리고 k는 볼츠만 상수다.그러나 Chyla는 거시적 세계에서는 열역학 이론의 많은 부분이 온도에 기초하기 때문에 온도가 기본 단위의 역할을 한다는 것을 인정했다.[46]

국제체중측정위원회(International Committee for Weight and Measurements)의 일부인 Thermometry Council은 1990년에 마지막으로 업데이트된 미즈엔프라티크(실용기술)를 발표한다.매우 낮고 매우 높은 온도에서 그것은 종종 에너지를 볼츠만 상수를 통해 온도와 연결시킨다.[74][75]

광도

포스터는 칸델라가 기준 단위여야 하는지에 의문을 제기하며 "유연한 강도[칸델라]는 물리적인 양이 아니라 인간의 지각에 존재하는 광생물학적 양"이라고 주장했다.[62]1979년 표준 광원의 발광 강도가 아닌 발광 플럭스(전원) 관점에서 광도 단위를 정의하기로 결정하기 전에는 이미 광도계에 대한 별도의 기초 단위가 있어야 하는지에 대한 의구심이 있었다.더군다나 이제 루멘이 칸델라보다 더 근본적이라는 데 만장일치 동의가 있었다.그러나, 연속성을 위해 칸델라는 기지로 유지되었다.[76]

참고 항목

메모들

  1. ^ 이 미터기는 1983년 진공에서 빛의 속도 값을 고정함으로써 다시 정의되었다.그 정의는 2019년에 수정되지 않고 오늘날까지 유효하다.
  2. ^ 달튼은 CGPM이 투표할 공식 제안서에는 정의되어 있지 않으며, SI 브로셔 제9판에만 정의되어 있다.
  3. ^ 시제품 8번(41)에 실수로 41번 번호가 찍혔지만 부속품에는 8번 번호가 실려 있다.8로 표시된 프로토타입이 없으므로, 이 프로토타입은 8(41)으로 칭한다.
  4. ^ 특히 CIPM은 제23회 CGPM이 설정한 킬로그램, 암페어, 켈빈 및 몰의 새로운 정의 각각에 대해 상세한 미즈엔프라티크를 준비하는 것이었다.[29]
  5. ^ 자기장 단위(테슬라)의 정의에 주석을 추가해야 한다.암페어가 1m로 분리된 두 개의 긴 평행선으로 흐를 때 서로 2×10−7 N/m의 힘이 발생하는 전류로 정의되었을 때, 또 다른 정의가 있었다: 이 구성에서 각 와이어의 위치에 있는−7 자기장은 2×10 T로 정의되었다.즉 1 T는 1 A의 전류를 전달하는 와이어에서 1 N/m의 힘을 일으키는 자기장 B의 강도다.2×10이라는−7 숫자도 μ0/2㎛로 표기했다.이 임의의 정의는 μ를0 정확히 4 4×10−7 H/m으로 만든 것이다.따라서 전류를 전달하는 와이어 근처의 자기장은 B = μI0/2μr로 주어진다.이제 암페어의 새로운 정의로 테슬라의 정의도 영향을 받는다.구체적으로는 전류를 전달하는 와이어에 대한 자기장의 힘에 의존하는 정의가 유지되는 반면(F = I⋅B⋅l) 위에 언급한 바와 같이 μ는0 더 이상 정확히 4/×10−7 H/m이 될 수 없으며 실험적으로 측정해야 한다.이에 따라 진공 허용률0 1 = 1/(μc02)의 값도 영향을 받는다.맥스웰 방정식은 두 점 전하 사이의 정전력이 F = 1/4(40()(q12)/r이2 된다는 것을 '참조'할 것이다.
  6. ^ 비 SI 단위에 대한 표 8의 각주는 다음과 같다: "달튼(Da)과 통일된 원자 질량 단위(u)는 같은 단위에 대한 대체 이름(및 기호)이며, 자유 탄소 12 원자 질량의 1/12와 같으며, 휴식과 그 지상 상태에 있다."
  7. ^ 세 가지 수량 온도, 발광 강도 및 물질의 양을 기본적인 물리적 관점에서 파생 수량으로 간주할 수 있지만, 이것들은 개념적으로 독립적인 수량이며 역사적으로 정의된 단위와 기초 물리학을 연관시키는 변환 상수를 가지고 있다.
  8. ^ 칸델라의 정의는 기준 단위 내에서 비정형적이다. 스펙트럼 강도의 물리적 측정을 칸델라의 단위로 변환하는 것 또한 조명도 함수로 알려져 있고 국제위원회가 결정한 기능인 V(λ)에 의해 표시된 다른 파장의 빛에 대한 인간의 눈의 반응 모델을 필요로 한다. 조명(CIE).
  9. ^ G의 치수는 LMT이기3−1−2 때문에 일단 표준이 길어지고 시간이 지나면 이론상 질량은 G에서 추론할 수 있다.이 세 단위 사이의 관계로서 기본 상수를 설정할 때, 예를 들어 Planck 단위의 선형 결합으로서 이 상수의 조합으로부터 단위를 추론할 수 있다.
  10. ^ 다음 용어는 국제 계측학 어휘 - 기본 및 일반 개념 및 관련 용어Wayback Machine에서 2017년 3월 17일 아카이브됨:
    • 측정 재현성 – 정의 2.25
    • 표준 측정 불확도 – 정의 2.30
    • 상대 표준 측정 불확도 – 정의 2.32
  11. ^ 아보가드로 상수 N과A 아보가드로 번호 N의N 두 수량은 숫자로 동일하지만, N은A 단위 몰을−1 가지고 있는 반면 N은N 순수 수이다.

참조

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