Revolúcia v medzinárodnej metrickej sústave

Prečo bolo potrebné zmeniť definíciu kilogramu? O tom prišiel do Bratislavy porozprávať nositeľ Nobelovej ceny z Nemecka Klaus von Klitzing, riaditeľ Inštitútu Maxa Plancka pre výskum tuhých látok v Stuttgarte. Prednášku na Slovenskej technickej univerzite v Bratislave dňa 29. apríla 2019 si vypočuli nadšenci vedy v rámci programu Osobnosti osobne.


Jednotku hmotnosti – kilogram – stanovili v roku 1799. Dovtedy sa na meranie hmotnosti používali iné jednotky, ktoré sa však líšili, a preto ich bolo potrebné zjednotiť. Podobne to bolo s dĺžkou, keďže sa súčasne používala stopa, palec či lakeť. Dokonca v každom nemeckom meste mala stopa inú dĺžku. Dĺžka medzi špičkou nosa a vztýčeným palcom natiahnutej ruky anglického kráľa Henricha I. sa nazývala yard (dnes ustálená britsko-americká sústava jednotiek pre dĺžku). Vo Francúzsku preto zaviedli metrický systém, ktorý vznikol v roku 1790. Bizarné bolo, že týždeň mal mať podľa neho desať dní, deň desať hodín a hodina sto minút. Až protesty na uliciach docielili zachovanie sedemdňového týždňa. Je to jediná výnimka. Metrický systém prijali všetky krajiny sveta s výnimkou Mjanmarska, Libérie a USA.

Medzinárodná sústava jednotiek (SI) predstavuje základ pre všetky merania – dĺžka, hmotnosť, čas, elektrický prúd, termodynamická teplota, látkové množstvo a svietivosť. Pre definovanie hmotnosti kilogramu sa do súčasnosti používal prototyp zo zliatiny platiny a irídia v pomere 9 : 1 uložený od roku 1889 v Medzinárodnom úrade pre váhy a miery v Paríži. Kópie prototypu sa nachádzajú v každej krajine sveta. Meraniami sa však zistilo, že v porovnaní s kópiami prototyp stráca na váhe, je teda nestabilný. „Je možné, že z neho difunduje plyn. Preto sme hľadali nový základ pre systém jednotiek, ktorý bude stabilný a bude fungovať univerzálne všade na svete rovnako,“ vysvetľuje nobelista von Klitzing.

Nová redefinícia metrického systému, ktorá sa udeje 20. mája 2019, je možná práve na základe objavu Klausa von Klitzinga, na ktorý prišiel pomocou tranzistora riadeného poľom s hradlovou oxidovou vrstvou. Ide o objav kvantovho Hallovho javu vedúcemu k zavedeniu von Klitzingovej konštanty, ktorá je jedným z kľúčových prvkov pri novej definícii kilogramu. „V minulosti sme mali iné artefakty, na základe ktorých sme miery odvádzali, ale teraz budeme mať fixné prírodné konštanty. Konštantami sú numericky fixné hodnoty jednotiek, ktoré sú nemenné,“ uvádza von Klitzing. Zavedením novej sústavy SI cez základné konštanty prírody, ktoré sú nemenné, sa docielia stabilné definície jednotiek sústavy. Základom nových definícií sa tak stanú Planckova konštanta (h), elementárny náboj (e), Boltzmanova konštanta (k) a Avogadrova konštanta (NA).

Von Klitzingova konštanta predstavuje hodnotu základného odporu a spolu s Josephsonovou konštantou bude navždy udávať stabilný elektrický odpor a stabilnú jednotku hmotnosti. „Dostávame sa teda od lokálnych jednotiek mier až po univerzálnu, vylepšenú definíciu na báze Planckovej konštanty, ktorá je základom pre všetky merania,“ hovorí Klaus von Klitzing. Zmenu metrickej sústavy považuje nobelista za najväčšiu revolúciu od Francúzskej revolúcie, keď sa stanovil aj globálny systém mier.

Profesor Klaus von Klitzing je nemecký fyzik známy objavom kvantového Hallovho javu, za ktorý získal v roku 1985 Nobelovu cenu za fyziku. Od toho istého roku vedie Inštitút Maxa Plancka pre výskum tuhých látok v nemeckom Stuttgarte. V minulosti pracoval pre Claredonské laboratórium Oxfordskej univerzity, výskumné laboratórium IBM v Yorktown Heights a laboratórium vysokých magnetických polí vo francúzskom Grenobli. V roku 1980 sa stal profesorom na Technickej univerzite v Mníchove.

Návštevu organizovali Nadácia Tatra banky, Nadácia Petit Academy, Univerzita Komenského v Bratislave a Slovenská technická univerzita v Bratislave.

Fotoalbum z podujatia na Facebooku UK.