eenheid van tijd (Cesium atoom)

[Shadow]

Hoi,
 
ik zit met de volgende opgave:
 
"De lichtsnelheid is per definitie 299 792 458 m/s. Daarbij is de eenheid van tijd gebaseerd op de frequentie van uitgezonden fotonen van een bepaalde overgang in het Cesium atoom. Leg uit dat de eenheid van lengte (m) misschien aangepast moet worden als die frequentie nog nauwkeuriger bepaald kan worden."
 
Het antwoord luidt:
 
"Als de lichtsnelheid vast staat en de eenheid van tijd wijzigt door het nauwkeuriger bepalen van de frequentie, zal de eenheid van lengte ook aangepast moeten worden omdat ander de lichtsnelheid niet dezelfde waarde kan blijven."
 
Volgens deze bron: http://physics.nist.gov/cuu/Units/second.html is de seconde gedefinieerd als de tijd van 9 192 631 770 periodes van de relevante straling.
 
Stel dat we nauwkeuriger zouden kunnen meten. Wat zou er kunnen veranderen zodat we de eenheid van lengte zouden moeten aanpassen? Ik begrijp namelijk niet welke getallen er nou wel en welke niet veranderd kunnen worden... De waarde van lichtsnelheid kan niet veranderen, want dat is een definitie - maar blijkbaar kunnen de waarden van de eenheid van tijd en lengte wel veranderen? Ik kan me hier niks bij voorstellen. Iemand die dit met een getallenvoorbeeld zou kunnen illustreren?
 
B.v.d.

[Olof Bosma]

De lichtsnelheid legt per definitie de verhouding tussen de meter en seconde vast (299792458). 
De seconde is gedefinieerd als 9192631770 perioden van de straling (of in de praktijk de absorptie) van een cesium atoom.
Het tellen van de perioden is geen absoluut proces, dat gaat indirect. Je wekt een frequentie op rond 9192631770 Hz en je probeert de frequentie te vinden waarbij de meeste absorptie door het cesium optreedt. Vervolgens stel je dat 9192631770 perioden van deze frequentie 1 seconde is.
Het is denkbaar (en zelfs waarschijnlijk) dat er technieken zullen komen waarbij het maximum van de absorptie nauwkeuriger kan worden vastgesteld. Dan volgt daar een andere nauwkeuriger seconde uit en daarmee een andere nauwkeuriger meter.

[Shadow]

Maar wat gaat er dan numeriek veranderen als er een nauwkeurigere absorptie wordt bepaald? Stel dat de absorptie 192631771 Hz blijkt te zijn - hoe verandert dan de (numerieke?) waarde van de seconde? Blijft de seconde de tijd van 919263177<b>0</b> perioden, of wordt dat dan 9192631771? Wordt hij hergedefinieerd? Wat verandert er?

[Olof Bosma]

Nee, het aantal perioden blijft altijd 9192631770.
Maar de vaststelling van de frequentie van die 9192631770 perioden kan nauwkeuriger worden.
Stel je een oscillator voor met een knopje waarmee hele kleine frequentieveranderingen rond die 9192631770 Hz kunnen worden gemaakt. De EM-golven gaan door cesium damp en aan de andere kant meet je de sterkte van die golven. Je stelt de frequentie af op minimum signaal (maximum absorptie). Dan meet je de tijd van 9192631770 perioden en je hebt 1 seconde.
Maar als je meer je best doet (of een betere opstelling hebt) kun je de oscillator nauwkeuriger op maximale absorptie krijgen. En dan wordt je seconde ook weer nauwkeuriger.
De onnauwkeurigheid zit dus in de meting van de maximale absorptie, niet in het aantal perioden.

[WillemB]

De omgekeerde wereld..., de fysieke meter standaard was er het eerst, daarmee is de lichtsnelheid gemeten !
en met die fysieke meter daarmee alle andere standaarden.
 
mijn stelling is dan ook dat het aantal perioden van cesium moet worden bijgesteld aan de originele meter
 
Dat we daarna met deze standaarden en onnauwkeurig nieuwe standaarden vast hebben gesteld, is niet
de schuld van de fysieke meter,  dus zouden de andere standaarden moeten worden aangepast en niet de meter.

[Olof Bosma]

De omgekeerde wereld..., de fysieke meter standaard was er het eerst, daarmee is de lichtsnelheid gemeten !
en met die fysieke meter daarmee alle andere standaarden.
 
mijn stelling is dan ook dat het aantal perioden van cesium moet worden bijgesteld aan de originele meter
 
Dat we daarna met deze standaarden en onnauwkeurig nieuwe standaarden vast hebben gesteld, is niet
de schuld van de fysieke meter,  dus zouden de andere standaarden moeten worden aangepast en niet de meter.

 
De 'originele' meter was ongeveer 1000 keer onnauwkeuriger. Dat schiet niet zo op.

[WillemB]

Dat ben ik niet met je eens, de originele fysieke meter is DE meter, die is niet onnauwkeurig,
dat kan per definitie niet omdat het de standaard is.....
 
Wat je dus zegt is dat we niet in staat zijn de nieuwe definitie gelijk te maken aan de
originele meter standaard, dat is dan niet de schuld van DE meter, maar van de vergelijk methode.

[Professor Puntje]

Hier is die:

https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_metre#International_prototype_metre

Als je daarvan uitgaat is dat inderdaad per definitie de meter. Maar daarmee is niet gezegd dat de meter daarmee met oneindige precisie vastligt of dat het natuurkundig de handigst mogelijke meter is.

Verder vind ik het principieel verkeerd om – zoals nu gebeurt – de constantheid van de lichtsnelheid in de definitie van de eenheden van lengte en tijd te verstoppen. Zo krijg je een rare en verwarrende vermenging van gevonden natuurwetten en gedefinieerde eenheden.
 

[WillemB]

Inderdaad, als wij onze standaarden wijzigen, veranderd daardoor niet de licht snelheid, 
wat dan wel veranderd is de toegekende waarde (getal) van de lichtsnelheid.
 
Nu gaan de dus knoeien met de standaarden om onze toegekende waarde van de lichtsnelheid hetzelfde 
te houden. 

[Olof Bosma]

Ik zou zeggen: dien een protest in bij  <i>Bureau international des poids et mesures</i> in Sèvres (Frankrijk)

[Professor Puntje]

Ik zou zeggen: dien een protest in bij  <i>Bureau international des poids et mesures</i> in Sèvres (Frankrijk)

 
Gelijk hebben is één, gelijk krijgen is een heel ander verhaal. Zeker waar de beslissingen van internationale organen betreft.

[Marko]

Maar wie om te beginnen al geen gelijk heeft gaat het zeker niet krijgen.

[Professor Puntje]

Maar wie om te beginnen al geen gelijk heeft gaat het zeker niet krijgen.

 
Was dat maar zo!

[Marko]

Daar heb je dan ook wel weer gelijk in.

[Professor Puntje]

Daar heb je dan ook wel weer gelijk in.

 
Hoe is het mogelijk?! Zijn we het eens?