Sự thay đổi khái niệm kilogram và ý nghĩa đối với sự phát triển của khoa học và công nghệ

Ngày đăng: 26-07-2023 | Chuyên mục: Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng | Tác giả: Phan Bá Nhẩn-Trung tâm KH&CN

Trong lĩnh vực đo lường, việc định nghĩa chính xác và ổn định các đơn vị đo là rất quan trọng để đảm bảo tính nhất quán và đồng nhất trong các phép đo trên toàn cầu. Một bước tiến quan trọng đã xảy ra khi hội nghị Cân nặng và Đo lường (CGPM) tổ chức tại Versailles, Pháp vào ngày 16/11/2018. Hội nghị đã chấm dứt sử dụng khái niệm cũ của kilogram dựa trên một nguyên mẫu vật lý và thay thế bằng đại lượng kilogram mới dựa trên hằng số Planck. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá sự thay đổi quan trọng này và tầm quan trọng của việc sử dụng khái niệm mới trong hệ đo lường quốc tế, đồng thời xem xét các tác động tích cực của sự thay đổi này đến các lĩnh vực khác nhau trong đời sống hiện tại.

1. Lý do và nguyên nhân của sự thay đổi:

Nguyên mẫu vật lý “Le Grand K” được bảo vệ như bảo vật của nhân loại. Ảnh: BIPM.

Vấn đề về tính ổn định và độ chính xác của nguyên mẫu vật lý truyền thống đã tạo nên sự cần thiết thay đổi khái niệm kilogram. Nguyên mẫu vật lý truyền thống, một khối platinum-iridium được lưu trữ tại Viện cân đo quốc tế (BIPM), dù được bảo quản và duy trì cẩn thận, vẫn có khả năng thay đổi nhỏ theo thời gian. Điều này gây ra sự không ổn định trong đơn vị đo khối lượng và làm giảm tính nhất quán trong việc so sánh kết quả đo lường trên toàn cầu. Do đó, sự thay đổi khái niệm kilogram là cần thiết để loại bỏ sự phụ thuộc vào một nguyên mẫu vật lý cụ thể và xây dựng định nghĩa mới dựa trên các hằng số Planck không thay đổi.

2. Hằng số Planck và định nghị kilogram mới:

Hằng số Planck (ký hiệu là h) là một hằng số quan trọng trong vật lý lượng tử, có giá trị xấp xỉ 6.62607015 × 10^-34 J·s. Khái niệm mới của kilogram dựa trên hằng số Planck xác định một liên kết giữa khối lượng và các hằng số vật lý. Theo đó, kilogram được xác định Kilogam được định nghĩa theo ba hằng số vật lý cơ bản: Tốc độ ánh sáng c, tần số chuyển tiếp nguyên tử cụ thể Δν_Cs và hằng số Planck h . Định nghĩa chính thức là:

(tham khảo tại https://en.wikipedia.org/wiki/Kilogram hoặc )

3.Tác động tích cực của định nghĩa kilogram mới:

3.1 Kiểm định phương tiện đo nhóm 2:

Tại Trung Tâm Khoa học và Công nghệ sử dụng quả cân chuẩn trong thực hiện nhiệm vụ kiểm định cân phân tích, cân kỹ thuật, cân thông dụng… đảm bảo độ chính xác trong phép đo. Tuân thủ quy định pháp lý trong nhiều lĩnh vực, như thương mại, sản xuất, vận chuyển, kiểm định cân là một yêu cầu pháp lý. Tăng độ tin cậy việc kiểm định cân định kỳ giúp tăng độ tin cậy của cân. Đảm bảo an toàn trong một số trường hợp, việc kiểm định cân là cần thiết để đảm bảo an toàn.

Quả Cân Chuẩn E2 sử dụng trong đo lường khối lượng tại TT KHCN. Ảnh: Phan Bá Nhẩn

3.2 Công nghệ điện tử:

Thiết bị di động: Khái niệm kilogram mới dựa trên hằng số Planck đã đóng góp vào sự phát triển của thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng. Các chip vi xử lý nhỏ gọn và mạnh mẽ hơn được sản xuất với độ chính xác và hiệu suất tốt hơn, mang đến trải nghiệm sử dụng nhanh hơn và tối ưu hóa hiệu suất pin.

3.3 Năng lượng và môi trường:

Năng lượng tái tạo: Sử dụng khái niệm kilogram mới dựa trên hằng số Planck đã đóng góp vào nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Độ chính xác cao hơn trong đo lường khối lượng giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống năng lượng tái tạo, đồng thời giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường.

3.4 Y học và chẩn đoán hình ảnh:

Chẩn đoán y tế: Khái niệm kilogram mới đã cung cấp khả năng đo lường chính xác hơn trong các dược phẩm và chất phản xạ được sử dụng trong công nghệ chụp cắt lớp (CT scan) và cảnh báo sớm bệnh lý. Điều này giúp tăng cường khả năng chẩn đoán y tế và đưa ra quyết định điều trị hiệu quả hơn.

3.5 Công nghệ vật liệu:

Vật liệu siêu dẫn: Việc áp dụng khái niệm kilogram mới đã hỗ trợ phát triển các vật liệu siêu dẫn với khả năng dẫn điện tốt hơn và ứng dụng trong lĩnh vực điện tử, viễn thông và năng lượng. Các ứng dụng như cảm biến, vi mạch và ổn định lưu trữ dữ liệu được cải thiện đáng kể nhờ định nghĩa mới.

3.6 Công nghệ thông tin và truyền thông:

Tốc độ truyền thông cao: Áp dụng khái niệm kilogram mới dựa trên hằng số Planck đã góp phần vào tăng cường tốc độ truyền thông trong công nghệ viễn thông và truyền thông quang. Điều này đồng nghĩa với việc truyền tải dữ liệu nhanh hơn, kết nối mạng ổn định hơn và trải nghiệm người dùng tốt hơn trong các dịch vụ truyền thông.

3.7 Phát triển khoa học và công nghệ tác động tích cực đến kinh tế, xã hội Bến Tre:

Minh hoạ băng tải tự động đang cân sản phẩm. Ảnh: Phan Bá Nhẩn.

Thúc đẩy sự phát triển công nghệ đo lường, ví dụ như cân điện tử tiên tiến và thiết bị đo lường quang học, giúp đạt được độ chính xác cao hơn trong các quy trình đo lường. Cụ thể hơn ở các công ty tại các khu công nghiệp An Hiệp, Giao Long trên địa bàn tỉnh sử dụng cân kỹ thuật, cân bàn điện tử hiện đại hơn. Với nhiều tính năng không đơn thuần chỉ là cân trọng lượng vật thể còn dùng đánh giá chất lượng sản phẩm đầu ra, nguyên liệu đầu vào có đảm bảo theo mẫu chuẩn. Giúp quy trình sản xuất ít gặp sự cố về sự mất cân bằng của từng phôi nguyên liệu đầu vào. Đối với các công ty sản xuất sản phẩm đóng chai, hộp như sữa dừa, nước dừa, sử dụng cân có độ chính xác đảm bảo được sản phẩm đầu ra đạt chuẩn theo quy định hàng đóng gói sẵn. Khả năng liên kết máy tính tạo cái nhìn tổng thể về chất lượng cả quy trình sản xuất cho công ty dễ dàng quản lý cũng như cải tiến quy trình sản xuất.

Công nghệ tiên tiến này cung cấp cơ sở cho sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp, từ y tế đến sản xuất. Đối với ngành y tế việc chuẩn đoán chính xác loại bệnh, kèm theo sử dụng thuốc đúng liều lượng sẽ giúp bệnh nhân nhanh khỏi bệnh và hạn chế được tác dụng phụ từ thuốc một cách thấp nhất. Các bệnh viện và trung tâm y tế của tỉnh nhờ sự phát triển khoa học và công nghệ cũng đã ứng dụng vào đánh giá và theo dõi sự phát triển của bệnh nhân: Đo lường chính xác khối lượng, chẳng hạn như cân nặng, giúp các bác sĩ và nhân viên y tế đánh giá sự phát triển và phục hồi sức khỏe của bệnh nhân. Điều này rất quan trọng trong việc đưa ra các quyết định điều trị, theo dõi hiệu quả của liệu pháp và điều chỉnh kế hoạch chăm sóc. Đặc biệt trong việc vượt qua đại dịch COVID-19 với mọi nguồn lực nội tại của Bến Tre trong đó ứng dụng khoa học và công nghệ cũng góp phần không nhỏ.

Tổng hợp lại, việc ứng dụng khái niệm mới của 1 kg dựa vào hằng số Planck đã mang lại những đổi mới, sáng tạo và phát triển trong khoa học và công nghệ. Từ công nghiệp đến y tế và nhiều lĩnh vực khác, khái niệm này đã thúc đẩy sự tiến bộ, nâng cao hiệu suất và đem lại lợi ích to lớn cho xã hội và kinh tế. Trong tương lai, việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng hằng số Planck sẽ tiếp tục mang lại những đột phá và tiến bộ mới, khám phá ra những tri thức và ứng dụng mới, góp phần vào sự phát triển toàn diện của con người.