Planckin yksiköt uuden mittajärjestelmän perustana.

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Tulin tuossa miettineeksi, että nykyisten SI-yksiköiden määritelmät ovat kyllä aika outoja ja mielivaltaisia. Aikani tutkiskelin wikipediaa ja löysin paljonkin erilaisia mittayksiköitä, mutta joillakin järjestelmillä oli vähemmän mielivaltaiset ja epämääräiset määritelmät. Tietyissä järjestelmissä oli käytetty esimerkiksi protonin massaa, joka tietääkseni on muuttumaton vakio. Toisaalta kuitenkin juuri protonin valinta järjestelmän perusyksiköksi on mielivaltaista.

Planckin yksiköt kuitenkaan eivät pohjaudu merkillisiin valintoihin, vaan universumin perusominaisuuksiin. Valitettavasti vain arkielämän kannalta oleelliset mitat sisältäisivät aina todella suuria kymmenpotensseja.

Siksipä ajattelinkin, että uusien yksiköiden määritelmät voisivat olla yksinkertaisesti palnkin yksiköiden sopivia monikertoja. Tällöin siis yksi pituusyksikkö vastaisi 10^35 planckin pituusyksikköä. Tällöin yksi tällainen uusi yksikkö olisi kohtuullisen lähellä nykyistä metriä. Määritelmä olisi nätti, käytännöllinen ja paljon siistimpi ja loogisempi kuin aikaisemmat määritelmät. Onhan nykyisissä SI-määritelmissä runsaasti ikäviä lukuja ja muuta outoa, joten tiettyä outoutta on selvästikin opittu jo sietämään näissä määritelmissä.

Ainemäärän (mol) tilalle ei tosin tullut mieleen mitään vähemmän mielivaltaista. Juuri hiilen valinnalle on yhtä hyvät perustelut kuin vaikkapa vedyn valinnalle. 6,0221415*10^23 ei ole nätti eikä looginen valinta järjestelmän määritelmäksi, mutta kaippa se kelpaa kun ei parempaa tullut mieleen. Kellään ehdotuksia?

Sivut

Kommentit (32)

Vierailija

Kyllähän siinä tulisi heittoa nykymetriin melkein 40 senttiä jos kertoimesta 1.616252 tiputettaisiin kertoimeen 1. Menisi siinä kaikki fysiikan yksiköt kokonaan uusiksi, ja esimerkiksi valonnopeudesta tulisikin 484 540 159,8 m/s, jonka takia pitäisi sitten määritellä sekunti uudelleen. Vähän samanlainen hullunpeli kuin jos määrittelisi että pii on tasan 3,14.

Ainut mikä ei vaihtuisi olisi kilogramma, koska sitä ei vielä toistaiseksi ole onnistuttu määrittelemään luonnonvakioiden avulla.

Vierailija

Mooli on vain lukumäärä. Sen voisi määritellä vaikka tasan 10^23:ksi. Ei tarviis sitä Avogadron vakiota käyttää.

Vierailija

Luonnonvakiot yksinkertaistuisivat, koska planckin yksiköt perustuvat mm. valonnopeuteen, culombin vakioon jne. kts wikipedia.

Mikään yksikkö ei tietenkään pysyisi samana. Sehän tässä oli pointtina. Nykyiset SI-yksiköt on perusteltu mielivaltaisesti, joten loogisesti valitut planckin yksiköt eivät tietenkään täsmää nykyisiin. Oikealla kymmenpotenssivalinnalla kuitenkin ne saadaan menemään sen verran lähelle, ettei arkisissa asioissa tulisi kymmenpotensseja normaalia enempää vastaan.

Vierailija

SI ja kymmenjärjestelmä pohjautuvat käytännön asioihin. Ennen mitattiin asioita puujalkatasolla (kirjaimellisesti) niin että idioottikin ymmärsi ne. Celsiukset ovat loogisesti vedestä, 0 jäätyy ja 100 kiehuu.

1000 millimetriä on kuution sivun mitta, jossa vesi painaa tuhat kilogrammaa ja sisältää tuhat litraa. Kaikki muut määreet on lähinnä laskettu tämän jälkeen.

Niin, mutta kuka veti sen alkuperäisen metrin? Miksi se on just metri? Ihan hyvinhän se voisi olla vaikka 1222 millimetriä, tai sitten 896. Joku yhteinen standardi on sovittava, ja se on sovittu näin. Joku paakso otti kapulan ja sanoi, että tässä on 1 metri, 100 senttiä tai 1000 milliä.

Samalla tavalla vuodenkin voisi jakaa 10 kuukauteen, jossa parittomissa olisi pariton ja parillisissa parillinen määrä päiviä. Kuu osaa kyllä pysyä radallaan ilman täsmällistä kuukautislaskuakin. Ja kelloon 10 tuntia, 100 minuuttia ja 100 sekuntia ja päivä alkamaan aamusta jahka aurinko nousee. Siitähän se riemu vasta repeäisikin.

Osa maista ei ole vieläkään siirtynyt edes SI-järjestelmään, ja siirtyminen sentään tapahtui ennen kun kunnollisia kansainvälisiä juttuja oltiin tehty. Yrittäkääpäs tänä päivänä vaihtaa sormia napsauttamalla aika- päiväys- paino- pituus- lämpötila- ja tilavuusmittoja. Siinä saisi suunnitella KAIKKI järjestelmät uusiksi.

Vierailija

Olisivat kyllä aika universaaleja mittayksiköitä.
Tässä vanha tarina joka onkin varmaan suurelle osalle tuttu. Todenperäisyydestä en sano mitään:

Harmittaako joskus, kun törmäät tilanteeseen, jossa muutokset kaatuvat
sanoihin "näin on aina tehty"? Älä huoli, paljon suuremmatkin asiat
saattavat olla kiinni vanhoista toimintatavoista.

Yhdysvalloissa rautatiekiskojen väli on 4 jalkaa 8.5 tuumaa. (4'8.5"). Aika
outo luku, eikö vain? Miksi näin siis on?
No tietenkin siksi, että Englannin rautatiekiskot ovat samalla välillä ja
Amerikan rautatierakentajat olivat lähtöisin Englannista.

Vaan mistä mahtaa johtua tuo samainen kieltämättä epämääräinen mitta
Englannin rautateillä?
Ensimmäiset junanvaunujen rakentajat olivat entisiä hevoskärryjen tekijöitä
ja he luonnollisesti käyttivät samaa raidevälimittaa kuin hevoskärryissäkin.

Entä mistä ihmeestä tuo mitta tuli hevoskärryihin?
Jos hevoskärryjen raideväli olisi erilainen olisi riski pyörän särkymisestä
ollut suuri, sillä vanhojen tiepohjien urat olivat juuri tuolla välillä.
Ja ketkä rakensivat Englannin vanhan päätieverkon urineen päivineen?
Tietenkin Roomalaiset, jotka rakensivat teitä pitkin Eurooppaa legiooniensa
käyttöön.

Roomalaiset sotavaunut siis kaiversivat teihin urat, joita toisten
tienkäyttäjien oli seurattava välttääkseen pyörärikot.
Koska sotavaunut rakennettiin Rooman keisarikunnassa olivat ne kaikki
tietenkin keskenään samanlaisia ja raidevälistä muodostui näin ollen
Euroopan laajuinen standardi.

Yhdysvaltojen rautateiden raideväli 4' 8.5" on siis saanut alkunsa Rooman
valtakunnan sotavaunuista.

Joten seuraavan kerran, kun käteesi annetaan spesifikaatio ja mieleesi
nousee kysymys mistähän hevon perseestä tämäkin mitta on peräisin muista,
että Roomalaiset sotavaunut suunniteltiin leveydeltään sellaisiksi, että
niiden aisojen väliin mahtuu juuri kaksi keskiverto vetohevosta.

Vaan ei tämä tähän pääty.
Alunperin avaruussukkulan kantorakettien suunnittelija olisi halunnut tehdä
niistä hieman paksummat paremman hyötysuhteen saavuttamiseksi.
Valitettavasti vain raketit valmistavan tehtaan ja laukaisupaikan välisellä
rautatiellä on tunneli, johon rakettien oli mahduttava.
Tunnelin läpi kulkee vain yksi kiskopari ja kustannusten vuoksi tunnelista
oli tehty vain hieman kiskoja leveämpi ja kuten nyt tiedämme tuo mitta on
aika liki kahden hevosen takamusten yhteen laskettua leveyttä.

Joten yksi avaruussukkulan, erään maailman kehittyneimmän kuljetusvälineen,
päämitoista on itse asiassa peräisin kahden vuosituhannen takaisten
vetohevosten takamusten leveydestä.

On siis aivan turha tulla väittämään, etteikö hevosen perseellä olisi mitään
merkitystä...

Vierailija

Lämpötila-asteikko on osittain looginen. Mielivaltaisuudelta sekään ei ole säästynyt. Yhtä hyvin veden sijasta olisi voitu käyttää vaikka hapen kiehumispistettä. Lisää mielivaltaisuutta on luvassa 100 asteen määritelmässä. Siinähän vesi kiehuu, mutta valitettavasti kiehumispiste riippuu ilmanpaineesta, joten aina vesi ei kiehukaan tarkalleen sadassa asteessa.

Miksi tuo väli muuten pitäisi jakaa juuri sataan osaan? Babylonialaiset olisivat varmaan jakaneet tuonkin kuuteenkymmeneen osaan. Tietokoneaikakaudella yhtä hyvin voitaisiin jakaa tuo 1024:ään osaan.

Veden massa on myöskin muuttuva luku, sillä veteen liukenee helposti erilaisia kaasuja ilmasta. Juuri veden käyttäminen standardina on myöskin mielivaltaista, kuten aikaisemmin kirjoitin.

Tässä onkin siis hakusessa tarkka ja täsmällinen järjestelmä, jossa olisi sopivan kokoiset yksiköt, jotta niitä olisi helppo käyttää arkielämässä. Jos kerran monissa maissa onnistuttiin pääsemään SI-järjestelmään, niin mikä ettei uusi muutos olisi mahdollinen. Päästiinhän Suomessakin markoista euroihin.

P.S. Hevosvoimia käytetään edelleen auton moottoreista puhuttaessa, joten on niillä hevosilla tosiaan paljon valtaa.

Vierailija

Sata (cent) ja prosentti (per cent) kulkevat käsi kädessä. Miksi juuri sata eikä kymmenen tai tuhat, no, se ei ole liian yksinkertainen mutta ehkä liian lähellä tusinaa, muttei myöskään liian iso. Pro(per) mille on sitten tuhannesosa pilkunviilaajille.

Veden kiehumispiste pätee 1 barin paineessa, joka on meille luontainen paine. Kenelläkään ei käynyt mielessäkään että ilmakehässä A) on happi-nimistä alkuainetta (ok, happea hengitetään, siihen se käsityskyky sitten päättyikin usein) ja B) sitä saattaisi kenties jopa nesteyttää ja kiinteyttääkin kun oikein kovaa käsittelee. Veden jäätymisen, sulamisen ja kiehumisen sen sijaan tietävät käytännössä kaikki. Valinta ei siksi ole mielivaltainen. JOS Celsius olisi sen sijaan määritelty raudan tai (C)esiumin pohjalta, se olisi ollut mielivaltainen. Jopa elohopean valinta asteikoksi olisi ollut perustellumpaa, sillä sentään on järjellinen lämpötilarange ja sitä käytettiin lämpömittareissa. Olisihan loogista, että nyt on "liian kylmä" kun lämpömittarikin jäätyy ja "liian kuuma" kun lämpömittari kiehahtaa rikki.

Vierailija
Bushmaster

Niin, mutta kuka veti sen alkuperäisen metrin? Miksi se on just metri?



Tais mennä alunperin jotenkin niin, että etäisyys päiväntasaajalta navalle sovittiin 10 tuhanneksi kilsaksi.

Vierailija

Lämpötila-asteikossa ainoa looginen 0-kohta on absoluuttinen nollapiste ( = ei havaittavaa lämpöliikettä ). Loput on pelkkää kulmakertoimen määrittämistä ( = hatusta vedettyä ).

salai
Seuraa 
Viestejä7264
Liittynyt17.3.2005

Metrin ja sekunnin nykyiset yksiköt ovat melko loogisia ja myös suuruusluokaltaan ihmisen helposti ymmärrettäviä:

Metri oli kymmenmiljoonasosa maapallon neljännesympyrästä ja sekunti on puolestaan prosentin tarkkuudella metrin pituisen heilurin heilahdusaika - sitä paitsi hyvin monen ihmisen pulssin arvo.

Noista on ollut helppo johtaa melkein kaikki muutkin yksiköt samaan systeemiin (10-järjestelmään) sopivaan muotoon.

Mitä tahansa edellä esitetyistä väitteistä saa epäillä ja ne voidaan muuttaa toisiksi ilman erillistä ilmoitusta. Kirjoittaja pyrkii kuitenkin toimimaan rehellisesti ja noudattamaan voimassa olevia lakeja.

Kanga
Seuraa 
Viestejä1327
Liittynyt26.4.2009

Eipä sillä väliä miksi esim metri on juuri metrin mittainen. Pääasia että järjestelmä noudattaa loogista kymmenjärjestelmää helpottaen laskemista ihan mukavasti. Esmes jenkkisysteemissä mittayksiköiden välit ovat peräti hankalia. Pienin mitta on järkyttävän iso tuuma, joita tarvitaan tusina jalkaan, joita menee kolme jaardiin, ja seuraavana onkin sitten jo maili, johon jaardeja uppoaa hankalan monta... Miten ne oikein laskee noilla???

Riso abundat in ore stultorum

Vierailija
murjaani
Lämpötila-asteikossa ainoa looginen 0-kohta on absoluuttinen nollapiste ( = ei havaittavaa lämpöliikettä ). Loput on pelkkää kulmakertoimen määrittämistä ( = hatusta vedettyä ).



Celsiusasteikon nollakohta on kylläkin määritelty veden kolmoispisteeseen, jossa vesi voi esiintyä yhtäaikaa kaasuna, nesteenä ja kiinteänä aineena. Se on aika tarkka reikä jonka saavuttaminen vaatii vedeltä tietyn koostumuksen (puhtauden) ja ympäristöltä tietyn lämpötilan ja paineen, ja kuitenkin se on ihmisen helposti mitattavissa koska se ei vaadi älyttömiä laitteita tai hirvittävän tarkkaa matemaattista teoretisointia.

SI yksiköt on valittu noudattaen nimenomaan sitä, että se olisi mahdollisimman tarkka, mutta myös toistettavissa. Nollapisteeseen kukaan ei ole vielä päässyt, joten mittarin kalibroiminen sinne on aika vaativa tehtävä jos ei ole mitään aikaisempaa mittatikkua sille kuinka lähellä nollaa ollaan.

Myös Kelvinasteikko on määritelty veden kolmoispisteen suhteen. Tietenkin sitäkin voisi vähän fiilata niin että kolmoispiste olisi vaikkapa tasan 100 kelviniä jolloin yksi aste olisi noin 2,7 celsiusta ja vesi kiehuisi 137 asteen nurkilla.

Pelkkä absoluuttinen nollapiste ja kolmoispiste ei kuitenkaan tuota täysin tarkkaa asteikkoa juuri sen takia että nollapisteeseen ei päästä millään tarkistamaan onko mittari oikeassa. Sen takia Kelviniä ollaan ehkä uudelleenmäärittelemässä jonkun muun luonnonvakion suhteen.

Vierailija

Ymmärrän pointtisi tuossa, että mm absoluuttisen O-pisteen osalta on kalibrointipisteen löytämisessä ongelma. Oma ajatteluni lähti lähinnä liikkeelle siitä, että lämpötila-asteikko määriteltäisiin mahdollisimman universaalisesti tunnistettavien kiintopisteiden mukaan. Käytännössä satunnaisesti valittu fysikaalinen tapahtuma kuitenkin määrittelisi kulmakertoimen ja nollapisteen, jos näin halutaan.

Vierailija

"SI ja kymmenjärjestelmä pohjautuvat käytännön asioihin. Ennen mitattiin asioita puujalkatasolla (kirjaimellisesti) niin että idioottikin ymmärsi ne. Celsiukset ovat loogisesti vedestä, 0 jäätyy ja 100 kiehuu."

Suattaapi olla että olen väärässäkin, mutta muistelisin että alunperin herra Celsius määritti veden jäätymispisteeksi tuon sata astetta. Joku muu jonka nimeä en muista muutti jäätymispisteeksi nollan.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat