Až v posledných desaťročiach vedecký pokrok dospel do fázy, keď ľudstvo mohlo zanechať minulosti artefatky predstavujúce kilogram či meter a definovať ich na základe nemenných prírodných zákonov.
"Dôvod, prečo si vyberáme prírodné zákony pre základ nášho metrického systému, je, že sú veľmi stabilné," hovorí pre denník SME nemecký profesor Klaus von Klitzing, ktorého objav výrazne prispel k zmenám definícií jednotiek.
Tento článok vznikol pri príležitosti plánovanej návštevy nositeľa Nobelovej ceny Klausa von Klitzinga na Slovensku.
Dňa 29.4. o 16.00 hod. sa uskutoční v Bratislave jeho verejná prednáška. Miesta si môžete zarezervovať tu.
Len donedávna sme využívali prototyp kilogram ako základ pre naše merania. Prečo sa to stalo problémom až teraz a prečo je nutné to zmeniť?
"Pri kilograme bol problém v tom, že sme používali valcový prototyp uložený v Paríži. Ten mal podľa definície jeden kilogram. Ak by tento kovový valec prišiel kvôli škrabancu o kúsok, alebo by celý zmizol, bol by to problém, pretože by sme už nevedeli, čo je kilogram.
Preto je veľmi dôležité mať niečo, čo nie je viazané na prototyp kilogramu, čo sa dá zreprodukovať kdekoľvek na svete.
Celkovo máme sedem základných jednotiek, pomocou ktorých môžeme odmerať úplne všetko na svete. Od toho, čo vidíme, cez biológiu až chémiu, až po časticovú fyziku. Niekedy používame odvodené jednotky, no všetko sa nakoniec vracia k základným jednotkám SI. A pre každú jednu jednotku potrebujeme veľmi dobrý základ, z ktorého budeme vychádzať."
Preto hľadáme nové definície našich jednotiek?
"Dôvod, prečo si vyberáme prírodné zákony pre základ nášho metrického systému, je, že sú veľmi stabilné. Začali sme to napríklad atómovými hodinami, ktoré sme postavili na vlastnostiach mikrosveta (atómové hodiny merajú čas pomocou kmitania atómu cézia alebo stroncia medzi dvoma energetickými stavmi. Keďže kmitanie je vždy rovnaké, dá sa využiť na zostrojenie hodín, pozn. red.). Takéto zariadenie môžeme vyrobiť kdekoľvek.
Pri metri sme zas vychádzali z nameranej rýchlosti svetla, ktorá je jednou zo základných fyzikálnych konštánt. Rýchlosť svetla je všade vo vesmíre rovnaká. Na základe toho sme mohli určiť dĺžku, ktorú svetlo prejde za určitý čas. Meter je dnes teda spätý s rýchlosťou svetla."
Ak tomu dobre rozumiem, až teraz sme boli schopní konštanty prakticky zmerať a upraviť podľa nich základné jednotky?
"Dlho to tak nebolo. Až teraz sme sa dostali na úroveň, že naše experimenty sú dostatočne dobré a dokážu presne stanoviť jednotlivé fyzikálne konštanty. Vyberali sme aj podľa toho, aby sa jednotlivé experimenty dali veľmi dobre reprodukovať a podľa nich jednotky opäť stanoviť v rôznych podmienkach.
A to je dobré aj všetok náš priemysel, ktorý je na základných jednotkách postavený. Náš metrický systém je teraz prístupný a reprodukovateľný na rôznych miestach sveta."
Je táto zmena definitívna, konečná, teda v budúcnosti náš už nič podobné nečaká? Alebo by raz v budúcnosti mohlo prísť k situácii, že metrický systém ešte raz budeme musieť prepracovať?
"V budúcnosti ešte príde k určitým zmenám. Napríklad dnešné atomóvé hodiny, ktoré vychádzajú z vlastností atómu cézia a ktoré sú aj neuveriteľne presné, sa stále dajú výrazne vylepšiť. Pôjde však najskôr iba o zmenu týkajúcu sa prechodu atómu do iného energetického stavu, nie o fundamentálnu zmenu definície ako takej.
Držiteľ Nobelovej ceny za fyziku: Necítim pýchu, keď vidím svoj objav Čítajte Nová budúca definícia bude ešte presnejšia, stabilnejšia a spoľahlivejšia. Nejde teda o koniec evolúcie nášho systému jednotiek. Myslím si, že najbližšie stovky rokov nás nečaká žiadna zmena v jednotkách, pretože už teraz sme ako základ pre náš systém vybrali tie najlepšie možné prírodné konštanty."
Čiže budúce zmeny sa budú týkať presnosti.
"Presne."
Zrejme sa ale nedajú využiť úplne všetky fyzikálne konštanty pre určovanie základných jednotiek.
"Existuje jedna zaujímavá konštanta, hovorí sa jej gravitačná. Jej problém však spočíva v tom, že sa nedá veľmi presne zmerať. Na rozdiel od ostatných troch základných síl vesmíru je nesmierne slabá a prístroje v experimente sa nedajú oddeliť od gravitačného vplyvu iných telies. Na praktické účely je teda nepoužiteľná. Z vedeckého hľadiska je to opačne.
Už napríklad Max Planck začiatkom 20. storočia navrhol, aby sme sa v metrickom systéme opierali o fyzikálne konštanty a do diskusie zahrnul aj gravitačnú. Ale keďže už vieme jej obmedzenia, nemôžeme ju využiť. Najdôležitejšie je, s akou presnosťou dokážete konštantu určiť."
Ako do určovania základných jednotiek, presnejšie kilogramu, spadá váš objav?
"Ako som už spomenul, pre naše merania a definície je veľmi dôležitá presnosť.
