Det er officielt: Lyset bevæger sig præcis 299.762.458 meter i sekundet

Det er officielt nu. Lysets hastighed er præcis 299.762.458 meter i sekundet. Der er ingen tvetydighed om det, ingen af de ”fejlbjælker”, hvormed videnskabsmænd angiver de usikkerheder, der er indbygget i enhver måling. Værdien af denne grundlæggende naturkonstant er blevet fastsat vilkårligt ved internationalt fiat.

Men ved at vedtage en fast værdi for lysets hastighed forsøger Generalkonferencen om mål og vægt ikke at komme naturen i forkøbet. I stedet gav den den 20. oktober verden en mere præcis standard for længde, hvor meteren nu udledes af farven på en laserstråle ved hjælp af den aftalte lyshastighed.

Derved har konferencen taget et kæmpe skridt i retning af at forenkle vores system af vægte og mål, så i det mindste nogle af de grundlæggende enheder er baseret direkte på tid.

Meteren er nu officielt defineret som den afstand, som lyset tilbagelægger i vakuum i det utroligt korte tidsrum på et sekund divideret med 299.762.458. Således er de længdeenheder, der anvendes til at beskrive højden af et bjerg eller rækkevidden af din underarm, direkte knyttet til sekundet. En dag vil f.eks. kilogrammet måske også være baseret på tid.

Astronomer har længe været vant til at bruge tid til at definere en længdeenhed ved hjælp af lysets hastighed. Lysåret, hvormed de angiver afstanden til en stjerne, er den afstand, som lyset tilbagelægger på et år. Men det har hidtil ikke været tilfældet for de grundlæggende standardenheder (som f.eks. meter, kilogram, sekund eller ampere), som ifølge international aftale ligger til grund for alle andre målesystemer. Selv lysåret refereres i sidste ende til standardmeteren.

Få de Monitor-historier, du interesserer dig for, leveret til din indbakke.

Ved tilmelding accepterer du vores privatlivspolitik.

Hertil har denne standard grundlæggende været en længde. Engang var det bogstaveligt talt afstanden mellem to mærker på en platin-iridiumstang, der opbevares af Det Internationale Kontor for Mål og Vægt i Paris. I 1960 var denne standard imidlertid blevet alt for grov til fysikernes og astronomernes præcisionsmålinger. Derfor blev meteren omdefineret til at være 1 650 763,73 bølgelængder af det orangerøde lys, der udsendes af en krypton-86-lampe (krypton-86 er en af flere former af dette grundstof). Nu er denne standard også blevet for upræcis til videnskabens behov.

Denne søgen efter stadig større præcision er det, der har drevet metro-logikere til at basere længdeenheden på sekundet i stedet for på en faktisk fysisk afstand. ”Hovedårsagen til at gøre dette er, at sekundet er den mest nøjagtige af alle basisenhederne”, forklarer Kenneth W. Evenson fra det amerikanske National Bureau of Standards (NBS). Den kan måles med en nøjagtighed bedre end en del på 10.000 milliarder. Kryptonmåleren var nøjagtig med en nøjagtighed på omkring 4 dele i en milliard.

Det vigtigste redskab til at binde måleren til sekundet er laseren. Lysets bølgelængde er matematisk relateret til dets frekvens – bølgelængden er blot lysets hastighed divideret med frekvensen. Og frekvensen, siger Evenson, kan måles 1.000 til 10.000 gange så nøjagtigt som bølgelængden.

En laser giver den slags rene, stabile lyskilde, der er nødvendig for dette præcisionsarbejde. Ved hjælp af et spejl kan man så få dette lys til at interagere med sig selv for at frembringe et karakteristisk mønster af lyse og mørke linjer kaldet fringes. Afstanden mellem disse frynser er direkte afhængig af lysets bølgelængde. Og da bølgelængden beregnes nøjagtigt ud fra lysets frekvens, behøver en metrolog kun at tælle det relevante antal frynser – dvs. det relevante antal bølgelængder – for at udlægge en standardmåler, forklarer Evenson.

Da måling af frekvens er direkte forbundet med måling af tid, er nøjagtigheden af frekvensmålinger, og dermed præcisionen af standardmåleren, nu direkte forbundet med præcisionen af atomuret, den mest præcise af alle nuværende standarder for vægt og mål.

Det arbejde, som Evenson og hans kolleger på NBS-laboratoriet i Boulder, Colo.., var med til at tilskynde den almindelige konference om mål og vægt til at vedtage den nye definition af meteren. Allerede nu, siger han, er standardmåleren 10 gange så nøjagtig, som da den var baseret på bølgelængden af kryptonlys. Han tilføjer, at det ikke skulle være svært at opnå endnu en ti-dobbelt forbedring af nøjagtigheden.

Men hvad med andre enheder? Er det realistisk at forsøge at basere f.eks. kilogrammet på tidsmålinger, nu hvor dette er gjort for meteren? Evenson siger, at han ikke kan forestille sig, hvordan man kan gøre det for temperaturgrader eller amperes elektrisk strøm. Men han siger, at det måske er muligt at gøre det for kilogrammet ved at måle afstanden mellem atomerne i krystaller af silicium. Hvis antallet af atomer i et standardvolumen af et sådant krystal kunne måles nøjagtigt, kunne dette være en måde at definere masse (dvs. kilogrammet) i form af længde. Således, siger Evenson, med meter og kilogram bundet til sekundet, ”kunne man gøre et ret godt stykke arbejde med at reducere antallet af basisenheder i forhold til sekundet.”

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.