Grâce à notre compréhension croissante des constantes fondamentales, le système de définition des mesures physiques couramment utilisé pour le commerce international, les affaires et la science est sur le point d'être réorganisé.
Le système métrique a été développé pendant la Révolution française et est le début de l'actuel Système international d'unités (SI, Système international d'unités en français). Le SI actuel a été officiellement créé en 1960.
Le nouveau système de poids et mesures a suivi une suggestion faite il y a un siècle par John Wilkins, utilisant le mètre comme unité de mesure de base pour déterminer la longueur, le volume et la masse.
Le mètre s'inspire d'une constante naturelle supposée exister : un dix-millionième du méridien qui traverse Paris du pôle Nord à l'équateur.
Après avoir défini les unités de volume et de masse, le kilogramme a été défini comme la masse d'un litre d'eau distillée à 4 °C. Les deux normes de travail de platine pour la longueur et la masse basées sur ces définitions ont ensuite été déposées aux Archives de la République de Paris en 1799. Selon les mots du marquis de Condorcet, un tout nouveau système de mesure a été créé "pour tous les temps et tous les peuples".
Trois organisations internationales, la Conférence générale des poids et mesures (CGPM), le Comité international des poids et mesures (CIPM) et le Bureau international des poids et mesures ont été créés 76 ans après la signature de la Convention du mètre (BIPM). Ils sont techniquement chargés de protéger le SI et continuent de le faire.
Le Système international d'unités (SI) est un système vivant et dynamique qui s'adapte aux nouveaux besoins d'information et de mesure, mais qui est parfois lent par rapport au rythme effréné du progrès scientifique. Par exemple, aux 18e et 19e siècles, les philosophes naturels et les scientifiques ont découvert qu'ils avaient besoin de nouvelles unités de mesure lorsqu'ils ont essayé d'utiliser le système de longueur, masse et temps (temps défini par les observations astronomiques) pour mesurer des phénomènes nouvellement découverts tels que le magnétisme et l'électricité, et le concept d'énergie.
Les pionniers de la nouvelle science, tels que Carl Friedrich Gauss, Wilhelm Weber, James Clerk Maxwell et Lord Kelvin, ont contribué à l'expansion du système et ont aidé à établir la base théorique d'un système cohérent avec des unités mécaniques de base à partir desquelles des unités dérivées pourraient être dérivées. si besoin.
Les unités dérivées cohérentes étaient des produits des puissances des unités de base de 1 avec un pré-facteur, et le système fournissait des explications détaillées sur la façon d'instancier les unités de base par la mesure.
La chronologie de la figure 1 montre que, malgré de nombreuses révisions, le SI comprend toujours cet ensemble d'unités de base, y compris 7 unités de base (et les définitions associées pour leur mise en œuvre) plus 22 unités dérivées avec des noms et des symboles uniques. Cependant, il existe un consensus international croissant pour développer à nouveau le SI afin de refléter la compréhension moderne du monde physique. Plutôt que de définir sept unités de base et des unités dérivées de manière cohérente, le cadre proposé pour le futur SI supposera des valeurs exactes pour les sept constantes fondamentales de la nature par rapport auxquelles toutes les unités SI seront réalisées. Les unités de base et leurs significations ne sont plus utilisées.
Création d'un système d'unités
Toutes les grandeurs physiques et les équations reliant ces grandeurs, c'est-à-dire les principes acceptés de la physique, doivent être prises en compte lors de l'élaboration d'un système d'unités pour exprimer toutes les mesures physiques.
Ceci est un exemple simple d'une relation; où la force F, la masse m, l'accélération a, la vitesse v, la longueur x et le temps t sont toutes des quantités et les relations sont la deuxième loi du mouvement de Newton et la dynamique fondamentale.
En choisissant soigneusement un sous-ensemble des quantités fondamentales indépendantes, les principes acceptés de la physique peuvent être utilisés pour déduire d'autres valeurs en tant que fonctions du sous-ensemble sélectionné.
Bien que les quantités essentielles puissent être choisies de diverses manières, elles doivent toutes être complètes et non superflues. Par exemple, si tout ce que nous savons du monde physique était l'équation 1 (six quantités, trois contraintes), choisir la force ou la masse et deux des cinq autres quantités donnerait un ensemble distinct de trois quantités fondamentales.
Mais nous n'avons pas encore fini. Pour décrire complètement le système d'unités, nous devons attribuer à chaque grandeur de base une grandeur de référence unique.
La quantité de base de masse dans le SI actuel - le prototype international du kilogramme - est un exemple de tels artefacts uniques qui peuvent servir de quantité de référence (IPK). alternativement, dans les relations d'équivalence énergétique
La constante de Planck h , la vitesse de la lumière c , la charge des particules élémentaires e et la constante de Boltzmann k peuvent également être utilisées comme références, car ce sont des invariants avec des valeurs connues.
Le temps, la longueur, la masse, le courant électrique, la température thermodynamique, la quantité de matière et l'intensité lumineuse sont les sept grandeurs fondamentales qui composent le courant SI. Ces définitions servent de grandeurs de référence spéciales. En d'autres termes, les définitions des unités de base – secondes, mètres, kilogrammes, ampère, kelvin, mole et candela – sont des grandeurs de référence dans le SI actuel.
Source: physique aujourd'hui - David Newell
David Newell est président du groupe de travail CODATA sur les constantes fondamentales et physicien à l'Institut national des normes et de la technologie à Gaithersburg, Maryland.
Günceleme: 27/10/2022 18:44
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