重さってなに？定義が変わった！

今日は私のnoteで初めてのアカデミックな話題です笑

卒論の先が見えてきたので、全く違う話

大学生全開モードですね

まずは

重さの定義が変わったと聞いて、「まあ、自分には関係ないか。」と思う方はいないと思います

日本でkgは最も使われている重さの単位でしょう


例えば、体重とか、荷物の重さとか、体重とか～２回もいう～、ステーキ肉の重さとか、

今回なぜｋｇ定義の変更となったのか、気になりますか？

それと定義の変更後、私たちに支障はないかは大切ですね

1　現状

質量を測る基本的な原理は「天秤」。天秤は、左右の皿に載せたものの重さを比べることによって同じ質量をつくりだすことができます。

現在の最高精度の天秤は、100億分の1の質量の差を検出できるそうです。これは、地球の人口をすべて載せた天秤から、平均的な体重の1人が乗ったり降りたりしてもその違いがわかる、というレベルのもの😓

「天秤」は非常に精度の高い装置ですが、その宿命として、絶対的な質量を計測するのではなく、相対的に重いか軽いかを調べることしかできない！

2 問題点

比較対象となる「キログラム原器」が損なわれてしまうと、二度とその重さを再現することができないという大問題が

実際、130年前に作られた1キログラムの定義であるフランスにある「国際キログラム原器」と、同じ時期に作られたそのコピーを比較すると、わずかに重さに差が出てしまっているそうです

製造から長い時を経て国際キログラム原器が軽くなってしまったのか、ほかのコピーが重くなっているのか、あるいはその両方なのか、それは誰にもわからないって？

でも、このような不安定性があると、私たちは安心してものの量を測ることができなくなってしまう。そのような不安を払拭するため、原器に依らない基準が求められるようになったそうです。

3 新しい定義　

新しい定義改定
①重さのわかっている原子をたくさん集めて、1キログラムをつくる
②そこに含まれている原子の数を数える
③数えた値を使って「１キログラムは原子○○個分の重さ」と定義する

より正確な定義としては、

「キログラムはプランク定数の値を正確に6.62607015×10-34ジュール・秒と定めることによって設定される」と表現される。

プランク定数

でました「プランク定数」拍手👏

プランク定数は量子力学で登場するエネルギーの最小単位に関係する物理定数。このプランク定数が、エネルギーと質量を結びつける「E=mc2」の式を通して質量へと換算できるんだって😆

アインシュタインさん登場です

「原子○○個分の重さ」という説明と、「プランク定数の値を～～」という定義は理論式によって正確に変換することができます。このように、キログラムの定義が複数の方法で表現できるようになった、ということも今回の重さの改定の重要な結果。

Ｅ＝hf　　　　　mc2=hf→m=hf/c2
Ｅ＝mc2　　　　　　　　　　
※Ｅ＝エネルギー,h＝プランク定数,f＝電磁波の周波数,m＝質量,c＝光速


4 産業の変革　

この定義変更によって、すべての計量単位が「原器」という器物に依存せず定義されることとなり、長期的には、微小質量を扱うナノテクノロジー、バイオテクノロジーや次世代半導体開発、極低温・超高温制御が必要な材料開発などで求められる高精度な測定の実現により、新たな産業の創出などの恩恵がもたらされることが期待されます✌

今までは１kgを基準に倍量・分量という手段をへてあらゆる大さの質量が測定されていました。
倍量とは同じ分銅を加えて、2倍、4倍と増やすこと、分量とは小さい分銅に2分の1、4分の1と分割していくこと

このようなステップごとに不確かさが蓄積されるので、１kgから離れるほど相対的な不確かさが悪化することとなっていました

特に微少な質量測定では大きな不確かさを伴うことを余儀なくされ、例えば創薬やバイオテクノロジーで微小量物質を取り扱う際、希釈などの手段に頼らざるを得ず、大きな不確かさを伴っていたそうです

新たな定義では、プランク定数を基に任意のスケールの質量を精密に測定することが期待され１kgに縛られない質量を実現できることとなったって！
これってすごくない🌸

研究室で息抜きにパワーポイントでプレゼンしよっと💝