00:00:00
Mag ik het vasthouden?
00:00:02
Alleen als je belooft heel, heel voorzichtig te zijn.
00:00:05
Ik beloof dat ik heel voorzichtig zal zijn.
Ik zal ongelofelijk voorzichtig zijn.
00:00:13
Het is glad, wees voorzichtig.
Okay, Ben je klaar?
00:00:22
Ik sta op het punt een bol van 1 kilogram met silicium-28
atomen aan te raken. Er zijn er zo'n 2.15x10^25 van.
00:00:36
Het voelt absoluut ongelofelijk aan. Wauw, het is verbazingwekkend.
00:00:41
Buiten zijn makers ben ik n van een handvol mensen om ooit deze bol vast te houden.
00:00:47
De grondstoffen om het te maken kostten ongeveer 1 miljoen euro maar nu dat het zo
00:00:52
nauwkeurig gevormd is --
00:00:53
Hoeveel is het waard?
00:00:56
Het is onschatbaar. ... Waar je nu naar kijkt is het rondste object ter wereld.
00:01:02
Hoe kan je met zekerheid zeggen dat het het rondste object is? Ik bedoel de aarde is vrij rond,
00:01:07
niet?
Als dit de aarde was...
00:01:09
Als dit de aarde was dan zou de hoogste berg tot het diepste dal ongeveer ...
00:01:16
14m apart zijn.
00:01:18
Dat is schokkend. Dat is schokkend rond.
00:01:22
Maar waarom zou je een miljoen euro en duizenden manuren investeren om een
00:01:28
gepolijste silicium bol te perfectioneren?
00:01:31
Wel het antwoord is graf. Of eerder grave zoals het zou worden uitgesproken in het oorspronkelijke
00:01:37
Frans.
00:01:38
Grave was de originele naam voor de basiseenheid van massa in het metrisch stelsel,
00:01:43
wat de 'Systeme International d'unites' werd
of SI-eenheden. In 1793, een commissie die
00:01:49
wetenschapper en aristocraat Antoine Lavoisier bevatte,
definieerde de basiseenheid van massa als het gewicht
00:01:56
van een kubieke decimeter water op de smelttemperatuur van ijs --in essentie gewoon een liter
00:02:01
ijswater. De naam grave komt van het Latijn gravitas, wat gewicht betekent.
00:02:07
Maar het bleef niet behouden. Het klonk te gelijkaardig als de aristocratische titel 'graf' -- wat
00:02:12
het equivalent is van een graaf. En met de Franse revolutie in volle gang met
00:02:17
de kreet voor gelijkheid voor iedereen kon je niet echt een eenheid meer nobel hebben dan
00:02:23
de anderen. Hiervoor heeft Lavoisier zijn hoofd verloren,
letterlijk, niet omdat hij geholpen heeft n
00:02:29
van de grootste meetsystemen aller tijde te bedenken, maar omdat hij belastingen inde
00:02:33
als een nobelman.
00:02:35
Alles was dus echt slecht gesteld.
00:02:37
De nieuwe republikeinse overheid geloofde dat een grave te groot zou zijn voor de dingen die ze wilden
00:02:41
meten en zo zijn ze over de gramme overeengekomen, wat gewoon een duizendste was
00:02:45
van de grave.
00:02:47
Maar ze merkten al gauw dat een gram te klein was en zo zijn ze teruggekeerd naar de grave, maar
00:02:51
aangezien ze het dat niet konden noemen, hebben ze de kilogram uitgevonden -- duizend gram. En dat
00:02:57
is waarom van de zeven basiseenheden, de kilogram de enige is met een prefix
00:03:03
in zijn naam.
00:03:04
In 1799 werd de definitie van de kilogram verfijnd tot de massa van een liter water op 4 graden
00:03:10
Celcius -- de temperatuur op dewelke de dichtheid ervan het grootste is. Maar water is vanzelfsprekend niet
00:03:16
de meest verstandige keuze om als standaard voor massa te gebruiken. Dus werd een platina cilinder gemaakt die
00:03:22
dezelfde massa heeft als de definitie met water en het werd benoemd tot 'Kilogram van de Archieven'.
00:03:29
Het is belangrijk om op te merken dat op dit moment de kilogram niet langer verbonden is met de massa van
00:03:33
een volume water -- de 'Kilogram van de Archiven'
is per definitie DE kilogram.
00:03:39
90 jaar later, in 1889 was de kilogram vervangen door een cilinder met een platina-iridium legering.
00:03:46
Het was veel harder dan het origineel maar was daarbuiten nagenoeg identiek. En tot vandaag
00:03:51
blijft het de definitie van de kilogram.
Het heet officieel de 'Internationale
00:03:58
Prototype Kilogram', al wordt het liefkozend Le Grand K genoemd -- of Big K. Oh, en het is
00:04:05
ongeveer zo groot...
00:04:06
Het is het enige ding in het hele universum met een massa van exact n kilogram omdat
00:04:13
het de kilogram IS. Het is tevens ook de enige SI-eenheid die nog steeds gedefinieerd is door een fysiek object.
00:04:20
Het zit onder drie stolpen, naast zes zuster kilogramen, in een klimaat geregelde
00:04:26
kluis afgesloten met drie onafhankelijk gecontroleerde sleutels, in de kelder van het
00:04:31
Bureau international des poids et mesures aan de rand van Parijs.
00:04:35
Als je erin zou slagen in te breken in de kluis en te knoeien met Big K, zou je
00:04:40
de definitie van de kilogram veranderen, een definitie op welke vele van onze metingen vertrouwen, en
00:04:45
zou je de wereld in chaos zetten! Wel
nee, niet echt -- maar hoe zou ooit iemand
00:04:52
weten of de massa van Big K verandert?
00:04:56
Wel wanneer het eerst werd gemaakt, werden er tevens ook 40 identieke replica's gemaakt. Ze waren niet
00:05:01
helemaal identiek - ze hadden een massa die lichtelijk verschilde van Big K maar die verschillen
00:05:06
werden geregistreerd. Deze replica's werden naar landen over de hele wereld gestuurd om te dienen
00:05:11
als hun nationale standaard.
00:05:12
In 1948 weden de kilogrammen herenigd voor een
weging. En hier begonnen de problemen.
00:05:20
Want hoewel alle cilinders gemaakt waren van dezelfde legering en bewaard werden onder nagenoeg
00:05:24
dezelfde omstandigheden, waren hun massa's gedivergeerd over de tijd heen. De massa van Big K was zelfs niet
00:05:31
dezelfde als de zes zuster cilinders met dewelke deze samen werd bewaard. En om de zaak erger te maken, wanneer ze
00:05:36
terug samengebracht werden 40 jaar later, hadden hun massa's verder gedivergeerd, tot ongeveer
00:05:41
50 microgram - Dat is ongeveer het gewicht van een vingerafdruk. Maar vingerafdrukken waren niet de
00:05:47
schuldigen aangezien de kilogrammen zorgvuldig gewassen werden voor hun wegingen.
00:05:51
Dus n of ander fysisch proces moet werkelijk de massa van de cilinders veranderd hebben, maar hoe
00:05:57
dat exact gebeurt, blijft een kwestie van speculatie.
En ding staat vast, de massa van een platina-iridium
00:06:04
cilinder is niet stabiel over tijd. En dit is een groot probleem. Je kan geen eenheid hebben
00:06:10
die constant van waarde verandert.
En de impact hiervan blijft niet enkel gelimiteerd tot metingen
00:06:13
van massa aangezien van de zeven basis SI-eenheden, vier ervan afhangen van de kilogram,
00:06:20
zonder nog alle afgeleide eenheden te vermelden zoals Newton, Joule, Volt en Watt.
00:06:25
Voor degenen van jullie die op dit moment in landen wonen die het metrisch stelsel niet overgenomen hebben--Ja ik
00:06:29
spreek tegen jullie Liberia, Myanmar en de VS -- Jullie voelen jullie misschien nogal zelfvoldaan dat jullie eenheid
00:06:35
van massa, de avoirdupois pond, niet langer gedefinieerd is door een fysiek object. Nee, in de plaats
00:06:42
is het gedefinieerd als exact 0.45359237
00:06:48
kilogram. Ingetrokken.
00:06:52
Er moet dus duidelijk iets gedaan worden om de kilograms' afhankelijkheid van een fysiek object te elimineren
00:06:58
en dit is waar de silicium bol van pas komt, maar hoe helpt het precies?
00:07:04
Hier heb je een fysiek object en het is mooi, maar het is nog steeds een fysiek object.
00:07:09
Daar probeer je van af te stappen. We proberen af te stappen van het fysisch
00:07:11
object maar wat we doen met dit specifiek object is het tellen van hoeveel atomen er zich in bevinden.
00:07:19
Ja kan toch niet werkelijk tellen hoeveel er in zitten, toch?
00:07:22
Je kan niet tellen hoeveel erin zitten maar je kan berekenen hoeveel erin zitten omdat
00:07:26
dit materiaal silicium is, er geen leegtes om dislocaties zijn.
00:07:30
Dus dit is eingelijk een perfect kristal van silicium?
Inderdaad.
00:07:34
Niet is het enkel puur silicium, het bevat slechts n isotoop, silicium-28, en dat
00:07:40
verklaart waarom het origineel materiaal zo duur was.
00:07:43
En waarom is het een bol?
Wel, een bol is een vrij eenvoudig object.
00:07:49
Als je de diameter van de bol kent, kan je de volledige afmetingen van het
00:07:54
object bepalen.
Dat verklaart waarom de bol
00:07:56
het rondste object ooit gemaakt moet zijn, maar hoe maak je eigenlijk iets zo rond?
00:08:02
We beginnen in feite met een te grote bol.
Het was dus 2 millimeter groter in
00:08:08
diameter en dan hebben we het geleidelijk aan fijner en fijner geslepen met een slijpmiddel. Het is eigenlijk
00:08:16
atomen masseren. Je probeert de vorm van een object te controleren
00:08:21
op de schaal van atomen.
Maar het maken van de bol is slechts de helft van het verhaal,
00:08:25
daarna moet je de diameter nauwkeurig meten.
De diameter wordt gemeten met een laser.
00:08:31
Je hebt dus de bol in het centrum van een holte en een laser raakt beide kanten
00:08:37
en je meet in feite de opening.
00:08:39
Door de diameter te kennen, kan je zijn volume bepalen. En aangezien de afstand tussen atomen in
00:08:44
silicium met hoge nauwkeurigheid gekend is, kan je berekenen hoeveel atomen er in de bol zitten.
00:08:49
Dit laat toe om Avogadro's constante te herdefiniren.
Momenteel is de definitie van Avogadro's constante
00:08:55
gebaseerd op de kilogram. Het is gelijk aan het aantal atomen in twaalf gram koolstof-12.
00:09:01
Door van deze methode gebruik te maken zou het aantal silicium atomen in de bol gebruikt worden
00:09:05
om Avogadro's constante vast te leggen, wat dan vervolgens de kilogram zou definiren.
00:09:10
Dus zelfs als de silicium bollen verloren gingen of beschadigd werden, zou het geen invloed hebben op de definitie
00:09:15
van de kilogram omdat het niet gedefinieerd wordt met een fysiek object maar met een concept.
00:09:20
Je zou willen dat de officile definitie van een kilogram zou zijn: "Een kilogram is de massa
00:09:26
van 2.15x10^25 silicium-28 atomen"
Ja.
00:09:30
Gaat - Gaat dat gebeuren?
Er is een waarschijnlijkheid, een grote waarschijnlijkheid dat
00:09:37
het gaat gebeuren.
Maar er is een andere manier om de
00:09:39
de kilogram te herdefiniren met behulp van Planck's
constante en het gebeurt gebruik makende van iets dat
00:09:45
een Watt Balans heet. Deze twee methodes zijn complementair. Beide bieden een controle voor de andere, en
00:09:52
als beide een goede overeenkomst vertonen en als ze erin slagen hun eigen onzekerheden tot ongeveer 20
00:09:56
microgram te reduceren, kunnen zij de kilogram in 2014 al herdefiniren. En dan zal de kilogram eindelijk
00:10:03
een onveranderbare eenheid zijn, niet langer gedefinieerd door een fysiek object in een kluis in een kelder
00:10:09
ergens in Parijs.
Nu als de kilogram oorspronkelijk bedoeld was als zijnde
00:10:29
de massa van een liter water op de temperatuur waar zijn dichtheid het grootste is, hoe goed hebben we het er dan vanaf gebracht?
00:10:36
Wel als je kijkt naar een liter water op bijna 4 graden Celsius dan heeft het een massa van 999,975
00:10:43
gram. Ik denk dat je dit dus op twee manieren kan interpreteren. Aan de ene kant kan je zeggen dat de kilogram
00:10:50
lichtjes zwaarder is dan het zou moeten zijn, maar aan de andere kant, 214 jaar geleden waren wetenschappers
00:10:57
erin geslaagd een artefact te creren dat correct was met een foutmarge van een korrel rijst.
00:11:04
Dat is pas opmerkelijk. Nu, als je meer wilt te weten komen over de Watt Balans, laat het me
00:11:09
dan weten in de reacties en ik zal zien wat ik kan doen. Het ziet er naar uit dat het een koploper is
00:11:14
om de kilogram te herdefiniren. We zullen dus moeten afwachten en zien wat er gebeurt. Nog een
00:11:20
laatste opmerking, Ik moet erop wijzen dat er een internationale samenwerking van wetenschappers voor nodig was om
00:11:24
de silicium bol te maken, maar vind je niet dat de wetenschapper die als eerste silicium als
00:11:29
een element erkende ook wat eer moet krijgen? Wel in 1787, was dat niemand
00:11:34
anders dan Antoine Lavoisier. Hij is dus betrokken bij de definitie van de kilogram van
00:11:39
begin tot einde of van wieg tot grave.
