Basiseenheden en natuurkundige theorieën

[Benm]

Stel dat dat toch zo blijkt, maar de invoed gewoon heel klein is waardoor we geen optische verstoringen rond magneten zien of iets dergelijks. Kun je dan de definitie niet aanpassen? Het is nu een cesiumatoom in vrije val bij 0 kelvin. Daar zou je best 'in een magnetisch veld van 0 tesla' aan kunnen toevoegen als het relevant was. Praktische gevolg zou hoogstens zijn dan je om een bestaande klok een kooi van supergeleidend materiaal moet aanbrengen om het magnetische veld buiten te houden.

Mocht het zo blijken dat de lichtsnelheid veranderlijk is over tijd dan kun je ook nog een referentiepunt stellen als 'onder de condities zoals die op 1 januari 1970 waren' om daarvoor te compenseren.

[gallo]

Voor mij is het een principieel punt. Hoe groot de kans is dat men ooit zal ontdekken dat de lichtsnelheid in vacuüm niet steeds hetzelfde is doet er niet zoveel toe. Het gaat mij erom dat die kwestie niet door de definitie van de basiseenheden mag worden beslist. Men is zelfs van plan dat met nog meer natuurconstanten te gaan doen.

Ik snap je punt ook wel. Maar je moet maar zo denken dat degenen die gebruik maken van die definitie van de meter er ook wel van op de ervan hoogte zijn dat licht in vaccuum altijd met dezelfde snelheid gaat. Maar het is inderdaad vragen om problemen.
 
Of ze zijn echt gewoon heel zeker van hun zaak omdat ze zeker weten dat het klopt. En dat als de lichtsnelheid verandert dat de rest dan meeverandert. waardoor we hem alsnog hetzelfde zouden meten zeg maar.  

[Professor Puntje]

Stel dat dat toch zo blijkt, maar de invoed gewoon heel klein is waardoor we geen optische verstoringen rond magneten zien of iets dergelijks. Kun je dan de definitie niet aanpassen? Het is nu een cesiumatoom in vrije val bij 0 kelvin. Daar zou je best 'in een magnetisch veld van 0 tesla' aan kunnen toevoegen als het relevant was. Praktische gevolg zou hoogstens zijn dan je om een bestaande klok een kooi van supergeleidend materiaal moet aanbrengen om het magnetische veld buiten te houden.

 

Met de nieuwe definitie van de seconde op zich heb ik veel minder problemen dan met de definitie van de meter. Een meetapparaat moet altijd tegen zekere storende invloeden afgeschermd worden. En een klok op basis van spectraallijnen mag zeker niet aan (sterke) magnetische velden worden blootgesteld. Zie hier voor de vrije-val-kwestie.

 

Het grote probleem zit hem in de koppeling van de meter aan de seconde:

 

The metre is the length of the path travelled by light in vacuum during a time interval of 1/299792458 of a second.

 

Stel dat je daar nu aan toevoegt dat het magnetische veld ter plaatse nul moet zijn. Dan is de logische consequentie dat de meter nieuwe stijl niet gedefinieerd is in een ruimte waar een magnetisch veld heerst. Om de meter in dat geval toch te kunnen gebruiken zou je moeten corrigeren voor de invloed van het magnetisch veld op de lichtsnelheid. Maar die route is afgesneden want we kunnen dan zelfs niet beginnen met metingen van de lichtsnelheid in een magnetisch veld. Als je zowel bij de klok als het lichtpad het magnetisch veld weghaalt kun je weer meten, maar dan vind je weer de lichtsnelheid zonder extern magnetisch veld die per definitie c is omdat de meter zo gedefinieerd is dat de door licht in 1s afgelegde weg c . 1s  is. De zaak is - voor zover ik kan zien - helemaal dichtgetimmerd.

 

Mocht het zo blijken dat de lichtsnelheid veranderlijk is over tijd dan kun je ook nog een referentiepunt stellen als 'onder de condities zoals die op 1 januari 1970 waren' om daarvoor te compenseren.

 
Hoe moet je daarvoor corrigeren als je de veranderlijkheid van de lichtsnelheid met de nieuwe basiseenheden niet kunt meten? Een feitelijk veranderlijke lichtsnelheid openbaart zich in het nieuwe SI-systeem als een veranderlijke grootte van de meter. En dan krijg je weer het hierboven al geschetste probleem.
 
Als de lichtsnelheid feitelijk geen vaste waarde heeft zal dat ergens gaan wringen wanneer de lichtsnelheid binnen het SI-systeem als een vaste waarde gedefinieerd wordt. Door de gekozen definities zal dat zijn bij de meter. Gemeten afstanden zullen rare afhankelijkheden gaan vertonen van bijvoorbeeld het magnetische veld of andere omstandigheden. Nu kun je vastleggen dat de echte meter alleen in een omstandigheid A gemeten wordt. Maar dan kan je een dergelijke meter weer niet gebruiken om afstanden te meten in andere omstandigheden dan A. Je kunt zelfs de afhankelijkheid niet bepalen zodat je ervoor zou kunnen corrigeren. Het zal er dan op uitdraaien dat men toch andere (niet aan de seconde en lichtsnelheid gekoppelde) definities van de meter te hulp moet roepen om nog zinvol onderzoek te kunnen doen. 

[Professor Puntje]

Ik snap je punt ook wel. Maar je moet maar zo denken dat degenen die gebruik maken van die definitie van de meter er ook wel van op de ervan hoogte zijn dat licht in vaccuum altijd met dezelfde snelheid gaat. Maar het is inderdaad vragen om problemen.
 
Of ze zijn echt gewoon heel zeker van hun zaak omdat ze zeker weten dat het klopt. En dat als de lichtsnelheid verandert dat de rest dan meeverandert. waardoor we hem alsnog hetzelfde zouden meten zeg maar.  

 
Er zijn nog te veel losse eindjes om nu al te kunnen zeggen welke natuurconstanten ook in de toekomst natuurconstanten zullen blijven. We zien in de politiek en het bedrijfsleven geregeld dat "topmensen" heel ver voor de muziek uit lopen en visionaire projecten doordrukken die niet of nauwelijks aansluiten op de weerbarstige, alledaagse praktijk. Hier is het - naar mijn mening - niet veel anders.

[Benm]

Als de lichtsnelheid feitelijk geen vaste waarde heeft zal dat ergens gaan wringen wanneer de lichtsnelheid binnen het SI-systeem als een vaste waarde gedefinieerd wordt. Door de gekozen definities zal dat zijn bij de meter.

ALS, om welke reden ook, ooit blijkt dat de lichtsnelheid niet constant is dan zal met de definitie van de meter moeten aanpassen. Lastige is wel om dan een definitie te vinden. De vorige standaarden waren een aantal golflengtes van krypton (ook lichtsnelheid), daarvoor een stuk platina dat ongeveer 1/10.000.000e van de afstand van evenaar tot pool is.

Een andere definitie is natuurlijk wel mogelijk, bijvoorbeeld op basis van de kilogram. Je krijgt dan iets als 'de ribbe van een kubus silicium-28 met een massa van 2,32....... ton. Het kan, als we die kilogram ooit goed krijgen

[Professor Puntje]

Kies een aantal atomen van een bepaalde stof die tezamen 1 kg massa hebben. Dat kan in principe met een nauwkeurigheid van één atoommassa. Beter nog zou zijn om gelijk ook de rariteit weg te nemen dat niet de gram maar de kg gedefinieerd wordt. In dat geval geef je het aantal atomen dat in één gram van de gekozen stof zit. Alles met de gewenste nauwkeurigheid. Zie ook hier:

http://www.nist.gov/pml/si-redef/kg_new_silicon.cfm

Maar dat is waarschijnlijk te simpel, want men wil de kg gaan definiëren door net als de lichtsnelheid ook de constante van Planck per definitie op een zekere waarde vast te pinnen:

http://www.nist.gov/pml/si-redef/kg_new_planck.cfm

 

[Benm]

Het probleem zit hem met het bepalen van dat aantal.

Dat kan bij zo'n bol bijvoorbeeld door interferometrie, maar dat is afhankelijk van de meter en daarmee ook van de seconde. Ook bij iets als een watt-balans is de definitie afhankelijk van de seconde.

In pricipe zou je best kunnen stellen dat 1 kg = exact ... x 10^24 atomen van de een of andere isotoop. Probleem is hoe je vervolgens die atomen kunt tellen, onafhankelijk van andere eenheden. In theorie zou je ze bijvoorbeeld 1 voor 1 kunnen verdampen en ze per stuk meten/tellen, waarbij tijd niet relevant is.

Realistisch gezien denk ik dat de nieuwe definitie van een kilogram sowieso afhankelijk zal zijn van de seconde/meter, ongeacht of men het gaat oplossen via (interferiometrische) atoomtel-aanpak of balansen. De atoom-tel-aanpak heeft wel als voordeel dat men die atomen in de toekomst, in theorie, nog op een andere manier kan tellen waarbij het niet afhankelijk is van meter of seconde, mocht er ooit twijfel bestaan over de constantheid van lichtsnelheid.

[Professor Puntje]

Een groot voordeel van de definitie van de kg via het aantal atomen van een zekere stof is ook dat zoiets nog voor een kind te begrijpen is, en het bovendien uiterst onaannemelijk is dat ons natuurkundig wereldbeeld dusdanig radicaal zal veranderen dat een dergelijke definitie ongeldig zou worden.
 
(Wellicht is het berekenen van het aantal atomen met de vereiste nauwkeurigheid ook mogelijk via waarnemingen van het kristalrooster?)
 
Om de definitie van de kg via de constante van Planck (die dan net als de lichtsnelheid op een bepaalde waarde wordt vastgepind) te begrijpen moet je minstens een basiskennis van de kwantummechanica hebben. Voor het merendeel van de mensheid verwordt zo zelfs een elementair begrip als de kg tot hokus pokus. Bovendien is een dergelijke definitie alles behalve theorieneutraal, wat de logische opbouw van de natuurkunde als empirische wetenschap schaadt. Tot slot heb je nog hetzelfde probleem als bij de meter wanneer de feitelijke constante van Planck in zekere bijzondere omstandigheden niet constant zou blijken.

[Benm]

Zou het de gemiddelde mens interesseren wat de formele definitie of exacte waarde van een SI unit is?

Een kilo is gewoon de massa van een liter water, en een meter de lengte volgens een lineaal, en een seconde 1/60/60/24e van een dag

[Professor Puntje]

Ik zou drie groepen willen onderscheiden:
 
1. Puur praktische lieden die het allemaal worst zal zijn zolang ze maar met een klokje, liniaal, etc. uit de voeten kunnen.
 
2. Mensen met een belangstelling voor natuurwetenschap zolang dat zonder jaren (voor)studie nog te volgen is.
 
3. Mensen die ten aanzien van natuurwetenschappelijke zaken graag het naadje van de kous willen weten en daar desnoods heel veel tijd en moeite voor over hebben.
 
 
Om de mensen van type 2. gaat het hier. Die groep dreig je gedeeltelijk te verliezen. Op het internet wemelt het inmiddels van pseudowetenschappelijke alternatieven en diverse complottheorieën. Een nodeloos ingewikkeld en logisch bedenkelijk eenhedenstelsel zal de relatieve aantrekkelijkheid van de officiële natuurwetenschap nog verder verminderen.

[Benm]

Nodeloos ingewikkeld is het denk ik niet - het is eerder noodzakelijk ingewikkeld om de juiste nauwkeurigheid te krijgen.

Wat er verder aan complot te zien is vraag ik me af: de definitie van seconde en meter zijn volledig transparant en openbaar toegankelijk. Dat je de meting niet thuis kunt reproduceren maakt het misschien wat verdacht, maar je kunt thuis ook geen kilogram maken

[317070]

Om de mensen van type 2. gaat het hier. Die groep dreig je gedeeltelijk te verliezen. Op het internet wemelt het inmiddels van pseudowetenschappelijke alternatieven en diverse complottheorieën. Een nodeloos ingewikkeld en logisch bedenkelijk eenhedenstelsel zal de relatieve aantrekkelijkheid van de officiële natuurwetenschap nog verder verminderen.

Euhm, eenheden zijn dan ook maar eenheden, hé. Als je wil kun je zeggen dat je loopsnelheid 4 lichaamslengten per seconde is. Het maakt werkelijk geen knoert uit voor de formules. Je doet alsof het een politieke beslissing betreft, maar het is gewoon een afspraak waar je je aan kunt houden of niet. In de praktijk houdt vrijwel iedereen zich eraan, maar dat houdt niemand tegen om het anders te doen.
 
Ook niet uit het oog verliezen dat theoretici geen eenheden gebruiken, enkel experimentele fysici. En die hebben gewoon een praktische behoefte aan praktische eenheden. En wat je er ook van vindt, de huidige zijn VEEL praktischer dan de oude. We WETEN ZEKER dat de oude eenheden niet constant waren. Een update was dan ook nodig, en die hebben we gekregen.
 
En daar nog eens bovenop, je kunt perfect achterhalen of je eenheid constant is of niet. Dat is wat we gevonden hebben van het oude systeem. Zie bijvoorbeeld het eerste voorbeeld van lichaamslengten per seconde. Als je je 's ochtends uitmeet met een streepje op de muur, en 's avonds nog eens, en ziet dat dat 2e streepje een paar duimbreedtes lager ligt. Dan kun je inderdaad de eenheid constant veronderstellen en een absurde theorie van groeiende muren uitwerken, maar in de praktijk ziet iedereen snel in dat het de eenheid is die fout is. Bij de SI-eenheden ligt dat niet anders. Moesten ze niet constant blijken, is dat in de praktijk nog altijd gemakkelijk te achterhalen. Dat is exact wat we bij de oude definities gevonden hebben toen onze meetmethodes nauwkeurig genoeg werden.

[Professor Puntje]

Ik zie die nieuwe definities niet als een complot. Ik zie ze wel als een onbesuisd en logisch bedenkelijk voornemen. Dat ze op de korte termijn wellicht nauwkeuriger metingen mogelijk maken weegt daar wat mij betreft niet tegen op. Anderen denken daar kennelijk anders over. 
 
Ik beschouw wetenschap vooral als een georganiseerd streven de wereld te begrijpen, waarbij de praktische bruikbaarheid een bijkomstigheid is. Die opvatting is tegenwoordig niet erg populair meer, en daarom zullen die nieuwe definities ook wel doorgaan.
 
Inderdaad zal een eventueel niet constant zijn van de lichtsnelheid of van andere natuurconstanten uiteindelijk wel opvallen doordat de meetresultaten rare (fysisch onlogische) variaties gaan vertonen. Dat heb ik ook zelf al eerder vermeld. Maar hoe snel men dan door heeft dat de fout in de definities van de eenheden zit is de vraag. Men kan ook aan de natuurkundige theorieën sleutelen om de zaak kloppend te houden.
 
Blijft voor mij en gelijkgestemden de vraag hoe ik in de toekomst op basis van die nieuwe eenheden geformuleerde onderzoeksresultaten moet gaan duiden. Mij is dat nog niet duidelijk.

[gallo]

Ik beschouw wetenschap vooral als een georganiseerd streven de wereld te begrijpen, waarbij de praktische bruikbaarheid een bijkomstigheid is. Die opvatting is tegenwoordig niet erg populair meer, en daarom zullen die nieuwe definities ook wel doorgaan.

Ik ben het hier niet mee eens en volgens mij is dit ook niet de bedoeling van de wetenschap. Wetenschap gaat juist om de praktische bruikbaarheid en toepasbaarheid binnen onze wereld. We willen de wereld om ons zo natuurgetrouw mogelijk kunnen beschrijven, om er zo vat op te krijgen. Om de wereld te begrijpen moet je denk ik echt niet in de wetenschap zijn, die beschrijft alleen hoe het in de praktijk werkt, maar legt echt niet uit waarom dat zo is. Dat kan ook niet i.v.m. de causaliteit die ergens ophoudt. Voor de waarom vraag moet je denk ik echt andere bronnen zoeken als religie of filosofie ofzo.

[Professor Puntje]

Ik heb het ook niet over de vraag waarom dingen gebeuren maar waardoor. En bij die laatste vraag moet je inderdaad ergens halt houden. Die punten waar je halt houdt noemen we de (fundamentele) natuurwetten. Die kun je niet verder verklaren, maar op basis van empirisch onderzoek neem je die (voorlopig) als juist aan.
 
Voor fundamenteel onderzoek kan praktische bruikbaarheid niet eens een criterium zijn omdat je van tevoren niet weet waar je op uit gaat komen. Verder is het maar helemaal de vraag of de mensheid nog meer fundamentele kennis wel op een verstandige wijze gaat gebruiken. Ik ben daar niet zo zeker van. Een steekhoudende motivatie van fundamenteel wetenschappelijk onderzoek vanuit het praktisch nut lijkt mij dan ook niet mogelijk.