sciencetalk

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.

Als zoiets blijkt dan weet men dat er ergens een probleem is - ofwel met de standaard/definitie, ofwel met de gevonden waarden, ofwel met beide.

Heel concreet zou een variatie in lichtsnelheid direct opvallen. Je navigatiesysteem zou bijvoorbeeld idiote locaties gaan produceren. Zoiets bepaalt normaliter locatie met een precisie van meters op basis van signalen die 10.000 km onderweg zijn. 1 ppm afwijking geeft een fout in de orde van 10 meter, 100 ppm zet je op de top van een fictieve berg een kilometer van je huis terwijl je de deur uit rijdt.

De nauwkeurigheid van de metingen is overigens beter dan 1 ppb voor seconde en meter, bij een langzaam verloop zou het wetenschappers veel eerder opvallen voordat een praktisch effect meetbaar werd. Als het iets is dan instantaan veranderd door een of andere onbekende omstandigheid zou het wel voor bijzondere ver( r )assingen zorgen.

Professor Puntje schreef: 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.

Maar er is niets veranderd? De meter van vroeger meet nog altijd een meter, de kilogram is nog altijd een kilogram. We hebben ze enkel tot op meer cijfers na de komma vastgelegd (hoeveel exact weten we nog niet, maar dat wisten we van het vorige systeem ook niet toen we ermee begonnen).
 
En het is niet alsof experimenten met een afstand of tijd er een inferometer of cesium-klok bijnemen. Die gaan nog steeds werken zoals vroeger, alleen worden hun meettoestellen nu nauwkeuriger geijkt, namelijk door er een inferometer of cesium-klok bij te nemen i.p.v. ze naar Parijs te sturen.
 
Honestly, je klaagt over een "logische onbesuisdheid", maar ik zie ze niet. Eenheden wil je definiëren met dingen die steeds hetzelfde blijven (daar ben je het hopelijk mee eens). Dus als eenheid de fysische eigenschappen kiezen waarvan we denken dat ze bijzonder constant zijn is dan toch net erg logisch?
 
Ik bedoel, er is ook geen manier om eenheiden buiten de werkelijkheid te definiëren. Dus ik weet niet welk alternatief je dan in gedachten hebt om de kilogram of seconde vast te leggen.

317070 schreef:En het is niet alsof experimenten met een afstand of tijd er een inferometer of cesium-klok bijnemen. Die gaan nog steeds werken zoals vroeger, alleen worden hun meettoestellen nu nauwkeuriger geijkt, namelijk door er een inferometer of cesium-klok bij te nemen i.p.v. ze naar Parijs te sturen.

Dat is een interessant punt. Als ik het goed begrijp zeg je daar dat iedereen zijn of haar favoriete meetapparatuur mag blijven gebruiken zolang die maar geijkt wordt op de wijze als in de SI-definities omschreven?
 

Professor Puntje schreef: Dat is een interessant punt. Als ik het goed begrijp zeg je daar dat iedereen zijn of haar favoriete meetapparatuur mag blijven gebruiken zolang die maar geijkt wordt op de wijze als in de SI-definities omschreven?

Tuurlijk. Zeker bij de ingewikkelde fysische experimenten kun je er niet zomaar een erg complex meettoestel bijhalen en zomaar wat signalen vergelijken. Daar gaan vaak via een paar tussenstappen ijken met de standaard aan vooraf. En bij de niet complexe fysische experimenten verandert er toch niets.
 
En mensen zijn sowieso vrij flue met eenheden. Ik bedacht net dat ze in de jaren '70 i.p.v. het openbaar leven te verschuiven gewoon het zomeruur invoerden. Nog steeds veranderen we 2x per jaar de eenheid om momenten te beschrijven.

@ 317070
 
De grote vraag is dan hoe dat ijken in zijn werk gaat. Een meetapparaat A dat in alle omstandigheden hetzelfde resultaat geeft als meetapparaat B is natuurlijk inwisselbaar. Maar je kunt nooit alle omstandigheden nagaan. De mogelijkheid blijft dus aanwezig dat de meetapparaten A en B een verschillend resultaat geven in een bijzondere omstandigheid waarvoor je niet getest hebt.
 
De oplossing lijkt te zijn om A en B te vergelijken in alle omstandigheden waarvan je maar het vermoeden hebt dat ze relevant zijn?

Professor Puntje schreef: De oplossing lijkt te zijn om A en B te vergelijken in alle omstandigheden waarvan je maar het vermoeden hebt dat ze relevant zijn?

Tuurlijk, laten we zeggen dat zeker 90% van de nadien ingetrokken experimenten gaan om meetfouten. Denk bijvoorbeeld aan de faster-than-light fotonen die later bleken een meetfout te hebben. De klokken waren goed geijkt, maar er liep iets mis bij het vergelijken van de klok van de ontvanger en de lokale atoomklok.
 
Ook overschat je de betrouwbaarheid van meetinstrumenten. Alle instrumenten hebben (over het algemeen) nauw gedefinieerde gebied van werking. Denk bijvoorbeeld aan een oscilloscoop dat moeite heeft met het opmeten van geleiders op hoge impedantie. Of aan een keukenwekker dat niet meer dan een uur kan meten. Of bijna alle sensoren in een radio-actieve omgeving. Een allesomvattend meetinstrument dat astronomische en atomische grootte-ordes aankan bestaat niet.

Atoomklokken worden onderling natuurlijk vergeleken, en er zijn er behoorlijk veel. Ze werken echter allemaal wel op hetzelfde principe, dus als er iets gebeurd dat op de hele aarde invloed heeft dan merk je er niets van.

Nadeel is dat er niets is dat ook maar in de buurt van de nauwkeurigheid en stabiliteit van een atoomklok komt. Zelfs de aardrotatie (waar de seconde ooit een fractie van was) is niet stabiel genoeg, iedere paar jaar moet er een schrikkelseconde bij.

Toch zie ik wel een probleem met het meten van de lichtsnelheid v wanneer je uitgaat van de nieuwe SI-definitie. De door een lichtstraal afgelegde weg s (in meters) is dan immers de per definitie vastgelegde snelheid c maal de benodigde reistijd t (in seconden) zoals gemeten door een cesiumklok. Voor de snelheid v vinden we dan:
 
v = s/t = (c.t)/t = c.
 
Hoe goed of slecht de cesiumklok (of een daaraan gelijkwaardige klok) ook werkt, de gemeten snelheid v is en blijft de afgesproken waarde c.
 
Eventuele nieuwe inzichten en ontdekkingen met betrekking tot de feitelijke lichtsnelheid in vacuüm kunnen dan alleen nog recht gedaan worden door de definitie van de meter aan te passen. Een vreemde constructie!
 
 
Met het gebruik van atoomklokken voor de definitie van de seconde heb ik veel minder problemen dan met de definitie van de meter. En dat komt door de koppeling van de meter aan de seconde via een per definitie vastgelegde waarde van de lichtsnelheid. De lichtsnelheid hoort naar mijn idee een meetresultaat te zijn, zelfs wanneer de gedefinieerde waarde van c empirisch exact zou kloppen.

Professor Puntje schreef: Eventuele nieuwe inzichten en ontdekkingen met betrekking tot de feitelijke lichtsnelheid in vacuüm kunnen dan alleen nog recht gedaan worden door de definitie van de meter aan te passen. Een vreemde constructie!

Bah, we doen dat voor de meter gemiddeld om de 50 jaar. Een eenheid herdefiniëren is ook niet zo bijzonder: https://en.wikipedia.org/wiki/Metre
 
En dan nog: misschien kunnen we het oplossen door de definitie nauwkeuriger te maken. Bijvoorbeeld door de lichtsnelheid van licht bij 200K te nemen, of met een golflengte van 100nm, of whatever er invloed blijkt te hebben op de snelheid.

@ 317070
 
Ik begrijp je positie aldus:
 
De voorgestelde nieuwe definities zien er met de kennis van nu goed uit, dus vooral doen. Mocht het om een of andere reden toch spaak lopen dan passen we het zaakje wel aan. Dat gebeurt sowieso regelmatig, dus wat is het probleem?
 
Zie ik dat goed?

De voorgestelde nieuwe definities zien er met de kennis van nu goed uit, dus vooral doen. Mocht het om een of andere reden toch spaak lopen dan passen we het zaakje wel aan. Dat gebeurt sowieso regelmatig, dus wat is het probleem?
 
Zie ik dat goed?

Er is nog een stap extra: het is een verbetering t.o.v. de vorige definities.
 

Thus, a mere seven years later in 1967, the International Committee for Weights and Measures (abbreviated CIPM from the French Comité international des poids et mesures) changed the definition to "the duration of 9192631770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium 133 atom."[1] In 1997, the CIPM added that the preceding definition "refers to a caesium atom at rest at a temperature of 0 K."

 
We stellen onze eenheden voortdurend bij naar voortschrijdende inzichten. http://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/second.html

Toch zie ik wel een probleem met het meten van de lichtsnelheid v wanneer je uitgaat van de nieuwe SI-definitie. De door een lichtstraal afgelegde weg s (in meters) is dan immers de per definitie vastgelegde snelheid c maal de benodigde reistijd t (in seconden) zoals gemeten door een cesiumklok.

Zo is de definitie, maar niet de feitelijke methodiek.

Een meter is een x aantal cycli van de golflengte van die cesiumlijn. De seconde komt daar in principe niet van pas: De SI definitie van de seconde is cycli/seconde, en die van meter afstand/seconde. Je kunt in dit geval letterlijk de seconde wegstrepen, en de lengte van de meter puur bepalen uit het aantal cycli. De vorige definitie van de meter was precies dat: zoveel cycli van een overgang van krypton.

Wat men wel gedaan heeft is vaststellen wat de exacte getalswaarde voor de berekening van secondes naar meters bij de lichtsnelheid is. Men stelt dat het exact 299792458 is, geen decimalen, maar precies dat integere deeltal. Voordeel is dat er geen verwarring over kan zijn, nadeel is dat de meter niet nauwkeuriger dan 9 significante cijfers bekend is. Het werkelijke getal zou dus op 299792458.2187 kunnen liggen, waarbij we uit conventie het stukje achter de komma negeren.

317070 schreef: Er is nog een stap extra: het is een verbetering t.o.v. de vorige definities.

 

 

We stellen onze eenheden voortdurend bij naar voortschrijdende inzichten. http://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/second.html

 
Daarmee begrijp ik jouw positie die ik als pragmatisch zou willen omschrijven. Ik begrijp ook waarom mijn bezwaren je niets zeggen. Mijn visie op wetenschap is ouderwets en spreekt weinig mensen meer aan.

Benm schreef: Zo is de definitie, maar niet de feitelijke methodiek.

Een meter is een x aantal cycli van de golflengte van die cesiumlijn. De seconde komt daar in principe niet van pas: De SI definitie van de seconde is cycli/seconde, en die van meter afstand/seconde. Je kunt in dit geval letterlijk de seconde wegstrepen, en de lengte van de meter puur bepalen uit het aantal cycli. De vorige definitie van de meter was precies dat: zoveel cycli van een overgang van krypton.

 
Dat is alvast een verbetering...

Ik begrijp ook waarom mijn bezwaren je niets zeggen. Mijn visie op wetenschap is ouderwets en spreekt weinig mensen meer aan.

Dat is niet waar, maar zonder een (concreet) alternatief te geven, is het moeilijk te zien hoe jij dan 'objectieve' eenheden wil definiëren...