لينك التسجيل الصوتي للمقالة علي Sound Cloud:
https://soundcloud.com/user-112011687-312727988/6vrwupxsgngd
لما إنت بتروح السوق تشتري خضار ليكن مثلاً عايز تشتري كيلو بصل فإنت بتلاقي البياع عنده ميزان أبوكفتين بيحطلك البصل في كفة وبيحط كتلة معدن كده علي الكفة الثانية لحد ما الكفتين يتوازنوا .. لما ده بيحصل فده معناه إن شوية البصل اللي إنت حتشتريهم بقت كتلتهم تعادل كتلة حتة المعدن دي اللي هي واحد كيلوجرام .. هل إنت عمرك سألت نفسك يا تري هي أول حتة معدن تمثل الكيلوجرام إتعملت إمتي؟ وإزاي؟ وليه؟ .. سنة 1889 إتعملت سبيكة من معدنيين البلاتينيوم والأيريديوم Platinum-Iridium إتصبت في شكل إسطوانة والإسطوانة دي إتسمت Le Grand K ودي كانت أول كيلوجرام يتعمل كReference أو مرجع الناس كلها تقيس عليه هو الكيلوجرام ده يطلع قد إيه بالضبط؟
الLe Grand K ده إتحط في خزنة في المكتب الدولي للأوزان والقياسات International Bureau of Weights and Measures في العاصمة الفرنسية باريس وإتعملت منه 6 نسخ إتوزعت علي معامل ومراكز أبحاث علي مستوي العالم .. الفكرة بمنتهي البساطة إن الفيزياء بسيطة فاللي يمشي في سوق الخضار يمشي في أجدعها معمل .. لحد ما إكتشفنا مصيبة سودا .. محدش كان عامل حسابه إن أي كتلة معدنية مُعرضة إنها تتخدش أو تتكسر أو حتي تتدمر أو تبدأ تتحلل أو يحصلها أي مصيبة سودا تاخدها في ستين داهية .. سنة 1990 إكتشفوا إن كتلة Le Grand K قلت عن كتلة ال6 نسخ بتوعه بحوالي 50 مايكروجرام اللي هو بتتكلم عن كتلة رمش عينك.
طب والحل؟ .. الحل كان إنك تبدأ تاخد وحدات القياس اللي بتشكل نظام القياس العالمي International System of Units اللي إنت لو درست هندسة حتلاقي نفسك عارفه بإسم SI System وتبدأ تعيد تعريف الوحدات دي بإنها متبقاش تتعرف بأجسام صلبة من صنع البشر .. يعني بدل ما الكيلوجرام إحنا معرفينه بكتلة إسطوانة مصنوعة من سبيكة البلاتينيوم والأيريديوم فإحنا محتاجين نعرّف الكيلوجرام علي أساس رقم ثابت في الطبيعة عشان تريح دماغك من الهري بتاع الLe Grand K ده كله .. لحد دلوقتي المنطق مفهوم بالنسبة للكتلة .. طب باقي الوحدات حنعمل فيها إيه؟ .. إزاي حنعيد تعريف المتر؟ وإزاي حنعيد تعريف الأمبير اللي هو المفروض وحدة قياس شدة التيار الكهربي؟ وإزاي حنعيد تعريف الكلفن اللي هو وحدة قياس درجة الحرارة؟ وإزاي حنعيد تعريف المول Mole اللي هو أساساً محدش فاهم ده إيه؟ ولا بنستخدمه في إيه؟ وإتحط ليه أساساً في الSI System؟ بإختصار إحنا فتحنا علي نفسنا فتوحة وبقينا مُطالبين إننا نفهم إحنا إيه اللي هببناه في نفسنا ده؟
سنة 1967 بدأت العمرة في الSI System بإعادة تعريف الثانية .. التعريف اللي حقوله للثانية دي حقوله مرة واحدة وإنت حتقراه مرة واحدة لو فهمته من أول مرة يبقي خلاص ولو مفهمتوش متحاولش تقراه تاني .. جاهز؟ .. الثانية هي الوقت اللي ذرة سيزيوم-133 محتاجاه عشان تتهز أو تVibrate العدد ده من المرات 9,192,631,770 .. سنة 1983 جه الدور علي المتر عشان هو كمان يروح للحلاق .. زمان سنة 1875 فيه 17 دولة في العالم مضت علي إتفاقية المتر Treaty of the Meter عشان يقولوا إن المتر اللي إحنا كلنا عارفينه هو المسافة بين علامتين محفورين علي ماسورة مُصمتة مصنوعة من سبيكة من البلاتينيوم والأيريديوم برده .. بس زي ما قلتلك هم كانوا عايزين يربطوا تعريف المتر برقم ثابت في الطبيعة ولإن دايماً في مسائل الفيزياء لو تفتكر السرعة كانت مربوطة بالمسافة فهم قالوا طب ما نربط تعريف المتر بسرعة الضوء .. في السبعينات العلماء بعد هري كتير إتفقوا أخيراً علي إن سرعة الضوء هي 299,792,458 متر في الثانية .. ولإن السرعة هي المسافة علي الزمن فالمتر دلوقتي بقي تعريفه هو المسافة اللي الضوء بيقطعها في واحد علي 299,792,458 ثانية.
لما جه دور الكيلوجرام إننا نعيد تعريفه كان قدامنا سكتين نمشي فيهم: إنك تقيس قد إيه قوة كهرومغناطيسية إنت محتاجها عشان تعلق كتلة واحد كيلوجرام في الهواء؟ .. أو إنك تقيس بالضبط عدد الذرات اللي موجودة جوه كتلة واحد كيلوجرام .. طبعاً طلع ناس قالت إيه الهري ده يا جدعان إحنا عايزين نربط تعريف الكيلوجرام بثابت في الطبيعة والحلين اللي أنتوا قلتوهم دول ولا واحد فيهم له علاقة بأي رقم ثابت خالص .. إحنا كلنا عارفين إن الرقم الثابت اللي إحنا عايزين نربط تعريف الكيلوجرام به هو ثابت بلانك Planck’s Constant ولحد دلوقتي من الحلين اللي أنتوا قلتوا عليهم محدش فيكوا جاب سيرة ثابت بلانك ده أصلاً .. وسط الهري ده كله كان فيه شوية ناس ميعرفوش بعض كل مجموعة شغالة لوحدها ولما جمعنا شغلهم مع بعضه هوبا بقي عندنا تعريف جديد للكيلوجرام وهنا إنت عشان تفهم إيه اللي حصل لازم تفصل شغل كل مجموعة لوحدها وفي الأخر تجمع شغلهم مع بعضه.
مبدأياً لازم تكون فاهم مشكلة ثابت بلانك .. ثابت بلانك ده لو حبيت تفهمه هو رقم بيحول الطول الموجي للضوء لكم الطاقة اللي كل فوتون بيشيلها .. مفهمتش حاجه صح؟ .. مش مهم .. المهم إننا مكناش عارفين إزاي نقيس ثابت بلانك ده؟ .. كده إحنا مش عارفين لا نعرّف الكيلوجرام ولا حتي نعرّف ثابت بلانك اللي هو إحنا لبسنا في الحيط .. سنة 1975 كان فيه واحد اسمه (برايان كيبل Bryan Kibble) بتاع فيزياء شغال في حتة إسمها معمل الفيزياء الوطني National Physical Laboratory وإختصارا بيتسمي N.P.L. في لندن والرجل ده كان شغال في حتة تانية خالص وهي إنه يعمل تعديل علي حاجة اسمها ميزان الأمبير Ampere Balance بيقيس التيار الكهربي بدلالة كتلة السلك اللي التيار ماشي فيه .. الAmpere Balance ده كان جهاز مبيشتغلش وبيشل أي حد بيحاول يشتغل عليه لإنه مبيديش قرايات صح وحاجة في منتهي الغباء يعني .. اللي عمله (برايان كيبل) إنه رمي Ampere Balance ده في الزبالة وعمل مكانه حاجة اسمها ميزان كيبل Kibble Balance واللي سموه إسم علمي N.P.L. Mark 1 .. معجزة ميزان كيبل إنه بقي ينفع يمشي في سكتين .. السكة الأولانية بما إنه بيعرف يقيس القوة الكهرومغناطيسية بدلالة كتلة السلك فإنت تقدر عن طريقه تحسب ثابت بلانك .. وتقدر تمشي العكس إنك بدلالة ثابت بلانك تقدر تحسب تعريف الكيلوجرام عن طريق قد إيه قوة كهرومغناطيسية إنت محتاجها عشان ترفعه في الهواء؟
الكلام ده كان في السبعينات خلي بالك .. في التسعينات بقي كان فيه واحد إسمه (هورست بيتين Horst Bettin) بتاع فيزياء برده بس شغال في معهد ألماني إسمه Physikalisch-Technische Bundesanstalt كان شغال في سكة تانية خالص أوي يعني .. الرجل ده سأل نفسه هو يجري حاجة لو جينا عدينا عدد الذرات لحد ما نحسب كتلة الكيلوجرام؟ .. الرجل ده قال هو إحنا مش عندنا حاجة إسمها المول Mole اللي بيحسبلك عدد الجزيئات اللي موجودة في أي جسم؟ .. طب إحنا لو جبنا كريستالة من السليكون علي شكل كورة بحيث ترتيب الجزيئات بتاعها يبقي حاجة Perfect بحيث إن الكورة دي كتلتها تبقي كيلوجرام وجينا عدينا عدد الجزئيات اللي فيها فإحنا كده نبقي هربنا من الهري بتاع ميزان كيبل Kibble Balance .. اللي محدش خد باله منه إلا متأخر هو إن الأخ (هورست بيتين) صحيح كان بيسعي إنه يقيس كتلة الكيلوجرام بس شغله ده وداه في حتة تانية خالص إنه عرف يقيس ثابت أفوجادرو Avogadro’s Number.
إنت سمعت الإسم ده قبل كده واللي عارفينه غالباً مش فاهمينه .. هو إحنا مش قلنا إن المول بيقولك عدد الجزئيات في أي كتلة يعني مثلاً لو إنت في ايدك Smartphone فإنت تقدر تحسب عدد الجزئيات بتاعة كل المواد اللي داخله في تصنيع الSmartphone ده والرقم ده يبقي هو المول بتاع الSmartphone .. رقم أفوجادرو بيقول إن المول الواحد من الSmartphone مثلاً بيحتوي علي 6.022×10^23 جسم والأجسام دي عبارة عن كوكتيل من الأليكترونات والذرات والأيونات والجزيئات .. المشكلة إننا كنا بنعتبر رقم أفوجادرو ده زي سرعة الضوء كده اللي هو عارفين إنه رقم ثابت بس مش عارفين نتفق عليه لحد ما الأخ (هورست بيتين) مشكورا خلانا نتفق كلنا مع بعض إن رقم أفوجادرو ده هو 6.02214076×10^23 .. إكتشفنا بعد كده إن رقم أفوجادرو ده يبقي إبن عم ثابت بلانك وبما إننا حسبنا ثابت أفوجادرو يبقي نقدر نحسب ثابت بلانك .. بفكرك بس إن (برايان كيبل) حسب ثابت بلانك في السبعينات بطريقته وجه في التسعينات (هورست بيتين) حسب ثابت بلانك برده بطريقة تانية خالص.
كان المفروض إننا بكده نلم ورقنا خلاص عرفنا نحسب ثابت بلانك بطريقتين فجبرت كده .. المشكلة إن العلم عامل زي ما يكون مصحح رخم بيصححلك ورقة إجابتك وبيحاسبك علي طريقة الحل والناتج النهائي كمان .. العلم كان عايز إن رقم ثابت بلانك اللي طالع من الطريقتين يطلع هو هو لحد أخر 7 أرقام بعد العلامة العشرية ودي نسبة دقة صعب شوية توصلها .. فضلنا واقفين علي السلالم كده مش عارفين نعمل إيه 20 سنة لحد سنة 2008 .. في السنة دي معمل الفيزياء الوطني National Physical Laboratory أو N.P.L. اللي بفكرك إنه كان بيملك ميزان كيبل Kibble Balance باعه لمجلس الأبحاث الوطني الكندي National Research Council أو N.R.C. .. بداية من 2008 لحد سنة 2014 كان فيه فريقين شغالين مع بعض .. الفريق الأولاني شغال عند N.R.C والفريق التاني شغال في حتة اسمها المعهد الوطني للتكنولوجيا والقياسات National Institute of Standards and Technology أو N.I.S.T. إختصاراً عشان يوصلوا مع بعض لقيمتين لثابت بلانك ورقم أفوجادرو بحيث يطلعوا 4 نتايج .. نتيجتين طلعوا قبل كده ودلوقتي كل فريق من الفريقين يطلع قيمة لثابت بلانك ولرقم أفوجادروا ولازم الأرقام الأربعة اللي هم الإتنين القدام والإتنين الجداد تطلع هي هي نفسها لحد أخر 7 أرقام عشرية وده اللي حصل فعلاً في معجزة هندسية مبتحصلش كتير إن يبقي عندك 4 نتايج لثابت بلانك طلعوا بطرق مختلفة وفي الأخر يدولك نفس الرقم بدقة متناهية.
بداية من يوم 20 مايو 2019 تعريف الكيلوجرام حيفضل مربوط بثابت بلانك ومش لوحده اللي حيكون إتغير .. كل وحدات القياس بتاعه SI System كلها إتغيرت تعريفاتها .. بس التعريف الجديد إنت مش حتحس به .. إنت مش حتروح السوق تشتري خضار فتلاقي البياع بدل ما يبقي عنده ميزان أبوكفتين يبقي عنده ميزان كيبل صغير وتلاقيه يقولك إستني بس لحد ما أحسبلك ثابت بلانك .. إنت حتمارس حياتك الطبيعية ولا ليك أي علاقة بالهري اللي أنا قعدت أشرحه في المقالة دي .. علي فكرة ده مش معناه إنك لا سمح الله جاهل ولا له علاقة بإننا في مصر متأخرين في العلم .. لا خالص .. مجرد إنك تحس بتغيير فده معناه إن المهندسين والعلماء اللي طلع ميتينهم عشان يغيروا تعريف الكيلوجرام مشافوش شغلهم صح .. دول شوية سحرة بيشتغلوا في حتة المفروض إننا منحسش بيهم عشان روتين حياتنا اليومي ميبوظش وإلا زي ما قلتلك حتروح السوق تشتري خضار تلاقي البياعين قلبوا سوق الخضار معمل قياسات من بتوع الكلية.
المصدر:
- مقالة بعنوان The Kilogram is dead, long live the Kilogram .. الكيلوجرام مات فليحيا الكيلوجرام .. نشرت في جريدة The New York Times الأميريكية وده لينك المقالة الأصلية:
.nytimes.com/2018/11/16/science/kilogram-physics-measurement.html
