Mengapa Para Ilmuwan Mengubah Definisi Kilogram, Meter dan Detik?

Oleh David Brynn Hibbert

KITA selalu mengukur berbagai hal, entah itu waktu, berat, suhu, dan sebagainya, untuk menjalankan aktivitas seperti perdagangan, kesehatan, dan pengetahuan.

Tetapi, memastikan pengukuran kita akurat merupakan tantangan tersendiri: misalnya bagaimana memastikan satuan kilogram atau meter yang saya pakai sama dengan yang dipakai oleh orang lain.

Beberapa upaya telah dilakukan untuk menentukan satuan pengukuran beberapa tahun terakhir. Tetapi bertepatan dengan Hari Metrologi Sedunia yang jatuh pada 20 Mei lalu, para peneliti telah berhasil menemukan standar lengkap pengukuran yang merevisi satuan ukuran sebelumnya.

Kita tidak akan menyadari perubahan apa pun karena memang transisinya dibuat sangat mulus.

Hanya definisi dari tujuh unit dasar SI (Sistem Satuan Internasional) yang terdiri dari kilogram (kg), meter (m), detik (s), ampere (A, ukuran arus listrik), kelvin (K, suhu), mol (mol, jumlah zat), dan kandela (cd, intensitas cahaya), yang benar-benar berbeda dari kemarin.

Definisi baru SI untuk kilogram (kg), meter (m), detik (s), ampere (A), kelvin (K), mol (mol), dan kandela (cd). BIPM, CC BY-ND

Cara mengukur pada masa lampau

Manusia memiliki kemampuan berhitung sejak dulu, tapi seiring berjalannya waktu, kita kemudian mulai menghitung panjang, berat, dan waktu.

Firaun Mesir menggunakan ukuran panjang yang diukur dari panjang lengan dari ujung jari tengah ke ujung siku orang kerajaan untuk membangun piramid. Satuan ini dikenal dengan sebutan Royal Cubit. Satuan ini digunakan secara resmi di Mesir dan disebarluaskan oleh pemuka agama.

Aksi Metrologi - menimbang jiwa-jiwa orang mati dan Royal Cubit Mesir. Brynn Hibbert

Tapi Royal Cubit Mesir bukan satuan ukur yang baku dari waktu ke waktu–panjangnya sekitar setengah meter, plus atau minus beberapa puluh milimeter ketika dibandingan dengan satuan ukuran saat ini.

Saran pertama untuk adanya ukuran satuan yang baku datang dari John Wilkins pada 1668, saat itu ia adalah Sekretaris Royal Society di London, Inggris.

Dorongan untuk melakukan sesuatu yang praktis tersebut didorong karena adanya Revolusi Prancis. Prancislah yang menentukan standar panjang dan massa pertama, dengan menggunakan dua logam platinum yang mewakili satuan meter dan kilogram pada 22 Juni 1799, di Archives de la République di Paris, Prancis.

Standar yang disepakati

Para ilmuwan mendukung gagasan itu. Salah satunya adalah seorang ahli matematika Jerman Carl Friedrich Gauss. Perwakilan dari 17 negara datang bersama-sama untuk menciptakan Sistem Satuan Internasional dengan menandatangani Perjanjian Konvensi Meter pada 20 Mei 1875.

Prancis yang reputasinya terguncang karena perang Prancis-Prusia dan pamornya sebagai pusat pemikiran ilmiah menurun, menawarkan Hutan Saint-Cloud sebagai rumah internasional untuk sistem yang baru.

BIPM, rumah SI. Brynn Hibbert (2012)

Pavilion de Breteuil masih menjadi kantor bagi Biro Internasional untuk Ukuran dan Timbangan (BIPM). Di sana terdapat Prototipe Internasional Kilogram (selanjutnya disebut dengan istilah K besar) dalam dua brankas dan tiga toples kaca.

K besar adalah balok platinum-iridium yang dipoles dan digunakan untuk menentukan kilogram. Balok ini menjadi patokan ukuran kilogram. (Balok yang asli hanya pernah ditimbang tiga kali dengan dengan salinan balok ini yang hampir identik.)

Inggris, yang sebelumnya menonjol dalam diskusi dan menyediakan kilogram platinum-iridium, ternyata menolak menandatangani perjanjian itu sampai 1884.

Bahkan sistem baru itu hanya digunakan oleh para ilmuwan. Sementara untuk kehidupan sehari-hari masyarakat menggunakan ukuran seperti pound, ons, kaki, dan inci.

Amerika Serikat menandatangani perjanjian tersebut pada 20 Mei, tapi kemudian tidak pernah benar-benar mengimplementasikannya. Amerika masih bergantung pada ukuran satuan dari Kerajaan Inggris, yang masih banyak digunakan sampai sekarang.

Amerika Serikat mungkin menyesali tindakannya pada 1999 ketika wahana angkasa tak berawak Mars Climate Orbiter (MCO) hilang dalam misi antariksa. Laporan mengenai insiden itu, yang secara aneh disebut “kecelakaan” dan menelan biaya US$193,1 juta (Rp2,7 triliun) pada 1999, menyatakan:

"[…] akar penyebab hilangnya pesawat ruang angkasa MCO adalah kegagalan untuk menggunakan satuan metrik dalam sistem kode perangkat lunak yang digunakan untuk model lintasan."

Pada dasarnya pesawat ruang angkasa itu hilang di atmosfer Mars saat memasuki orbit yang lebih rendah dari yang direncanakan.

Definisi SI terbaru

Jadi, mengapa SI berubah hari ini? Masalah utamanya adalah, dalam kasus kilogram, pengukurannya tidak stabil, dan dalam kasus ampere sebagai unit arus listrik, ukuran tersebut tidak dapat direalisasikan.

Dan ketika membandingkan berat K Besar dengan salinannya, kami pikir K besar perlahan-lahan kehilangan massanya.

Semua unit sekarang didefinisikan dengan cara umum yang BIPM sebut dengan formulasi “konstanta eksplisit”.

Idenya adalah bahwa kita telah mengambil lambang yang universal-misalnya, kecepatan cahaya dalam ruang hampa-dan mulai sekarang memperbaiki nilai numeriknya yang pasti.

Realitasnya sudah ditentukan, angkanya tetap, dan unit-unitnya sekarang sudah didefinisikan.

Karena itu, kami perlu menemukan tujuh konstanta dan memastikan semua pengukuran konsisten. (Semua detail teknis tersedia di sini)

Tujuh unit sekarang didefinisikan oleh konstanta universal seperti kecepatan cahaya c untuk meter. BIPM, CC BY-ND

Australia memiliki andil dalam membentuk objek makroskopis terbesar di Bumi, bola silikon yang digunakan untuk mengukur konstanta Avogadro, yang menunjukkan kuantitas dari senyawa atau unsur dalam jumlah yang tetap. Sekarang ini, Avogrado yang mendefinisikan unit SI yang disebut mol, yang digunakan sebagian besar dalam kimia.

Dari standar ke artefak

Bagaimana dengan K Besar–patokan untuk ukuran kilogram? Saat ini ia menjadi objek dengan signifikansi historis besar yang dapat ditimbang yang ukuran massanya akan tidak pasti.

Mulai hari ini, kilogram didefinisikan menggunakan konstanta Planck, sesuatu yang tidak berubah dari fisika kuantum.

Tantangannya sekarang adalah menjelaskan definisi baru ini kepada orang-orang–terutama yang bukan ilmuwan–sehingga mereka dapat mengerti. Karena membandingkan satu kilogram dengan balok logam itu adalah hal mudah.

Secara teknis satu kilogram (kg) sekarang ditentukan dengan:

"[…] mengambil nilai numerik tetap dari konstanta Planck h menjadi 6,626 070 15 × 10 ^–34 saat dinyatakan dalam unit J s, yang sama dengan kg m²s^–1, di mana meter dan detik itu didefinisikan dalam istilah c and Δν_Cs."

Coba jelaskan itu kepada seseorang!