Redefinisi satuan dasar SI 2019
Pada 16 November 2018, Konferensi Umum untuk Ukuran dan Timbangan (CGPM) ke-26 memilih dengan suara bulat untuk mendukung penjabaran yang direvisi dari satuan dasar SI, di mana Komite Internasional untuk Ukuran dan Timbangan (CIPM) telah mengusulkan hal ini di awal tahun tersebut. Penjabaran baru tersebut akan mulai berlaku pada 20 Mei 2019.
Kilogram, ampere, kelvin dan mol kemudian akan ditentukan dengan menetapkan nilai numerik yang tepat bagi Konstanta Planck ('), muatan listrik elementer ('), konstanta Boltzmann (""), serta konstanta Avogadro (), masing-masing. Meter dan candela sudah ditentukan melalui konstanta fisika, dimana satuan ini tergantung pada koreksi terhadap penjabaran mereka saat ini. Penjabaran baru bertujuan untuk meningkatkan SI tanpa mengubah ukuran satuan apa pun, sehingga memastikan kontinuitasnya dengan pengukuran yang ada.
Sistem metrik pada awalnya dipahami sebagai sistem pengukuran yang dapat diturunkan dari fenomena yang tidak berubah, namun keterbatasan teknis mengharuskan penggunaan artefak (prototipe meter dan prototipe kilogram) ketika sistem metrik pertama kali diperkenalkan di Perancis pada tahun 1799. Meskipun dirancang untuk tidak terdegradasi atau meluruh dari waktu ke waktu prototipe ini sebenarnya kehilangan massa dalam jumlah sangat kecil dari waktu ke waktu, bahkan di ruang tertutup mereka. Perubahan dalam massa, dan bersama mereka nilai-nilai yang disediakan oleh artefak ini, sangat kecil sehingga tidak terlihat tanpa peralatan yang paling sensitif. Namun, dengan logika yang sama, instrumen-instrumen sensitif tersebut tidak bisa lagi memberikan pengukuran yang tepat, atau setidaknya tidak dalam tingkat toleransi yang dapat diterima.
Pada tahun 1960, meter dijabarkan ulang dalam kaitannya dengan panjang gelombang cahaya dari sumber tertentu, membuatnya dapat diturunkan dari fenomena alam universal, meninggalkan prototipe kilogram sebagai satu-satunya artefak yang menjadi dasar bagi ketergantungan penjabaran satuan SI. Dengan penjabaran kembali di tahun 2019 ini, SI untuk pertama kalinya sepenuhnya diturunkan dari fenomena alam.
Perubahan besar sistem metrik sebelumnya terjadi pada tahun 1960 ketika Sistem Satuan Internasional (SI) diterbitkan secara resmi sebagai seperangkat satuan ukuran yang koheren. SI terstruktur sekitar tujuh satuan dasar yang Penjabarannya tidak dibatasi oleh satuan lain dan dua puluh dua satuan lain yang berasal dari satuan dasar ini. Meskipun perangkat satuan ini membentuk sebuah sistem yang koheren, kilogram tetap dijabarkan dalam artefak fisik, dan beberapa satuan dijabarkan berdasarkan pengukuran yang sulit untuk diwujudkan secara tepat di laboratorium, seperti penjabaran skala Kelvin dalam kaitannya dengan titik tripel air. Penjabaran baru yang diadopsi oleh CIPM berusaha untuk memperbaiki ini dengan menggunakan kuantitas dasar alam sebagai dasar untuk menurunkan satuan dasar. Detik dan meter sudah dijabarkan sedemikian rupa. Perubahan ini akan berarti, di antara hal-hal lainnya, bahwa prototipe kilogram akan berhenti digunakan sebagai "suatu" replika pasti kilogram sejak 20 Mei 2019.
Sejumlah penulis telah menerbitkan kritiknya terhadap penjabaran yang direvisi tersebut – termasuk bahwa proposal tersebut telah gagal untuk mengatasi dampak pemutusan hubungan antara penjabaran dalton dan penjabaran kilogram, mol, serta konstanta Avogadro .
Struktur dasar dari SI dikembangkan selama lebih dari periode sekitar 170 tahun (1791 hingga 1960). Sejak tahun 1960, kemajuan teknologi membuatnya mungkin untuk mengatasi berbagai kelemahan dalam SI, seperti ketergantungan pada artefak untuk menjabarkan kilogram.
Menyusul keberhasilan penjabaran baru dari satuan meter tahun 1983 dalam hal nilai numerik yang tepat untuk kecepatan cahaya, Komite Konsultatif Satuan (CCU) BIPM merekomendasikan, dan BIPM mengusulkan, bahwa empat konstanta alam lebih lanjut harus dijabarkan untuk memiliki nilai yang tepat. Konstanta tersebut antara lain:
Konstanta ini dijelaskan dalam versi tahun 2006 dari manual SI, tetapi dalam versi tersebut, tiga yang terakhir dijabarkan sebagai "konstanta yang diperoleh dengan eksperimen" daripada sebagai "konstanta penjabaran".
Penjabaran baru mempertahankan nilai-nilai numerik tak berubah yang terkait dengan konstanta alam berikut:
Ketujuh penjabaran di atas ditulis ulang di bawah ini dengan satuan turunan (joule, coulomb, hertz, lumen dan watt) dinyatakan dalam tujuh satuan dasar (detik, meter, kilogram, ampere, kelvin, mol, dan candela), sesuai dengan edisi 9 yang diperbarui dari Brosur SI (2018). Dalam daftar berikut, simbol sr adalah singkatan dari satuan tak berdimensi steradian.
Sebagai bagian dari penjabaran baru ini, prototipe kilogram internasional dipensiunkan dan penjabaran satuan kilogram, ampere, dan kelvin diganti. Sementara itu penjabaran untuk satuan mol direvisi.
Perubahan ini memiliki efek menjabarkan ulang satuan dasar SI, meskipun penjabaran satuan SI yang diturunkan dalam hal satuan dasar tetap sama.
Mengikuti proposal CCU, tulisan penjabaran dari semua satuan dasar akan disempurnakan atau ditulis ulang melalui perubahan penekanan dari penjabaran jenis satuan secara eksplisit menuju penjabaran jenis konstanta secara eksplisit. Penjabaran jenis satuan secara eksplisit menjabarkan satuan dalam hal contoh spesifik dari satuan itu – misalnya pada tahun 1324 Edward II menjabarkan satuan inci sebagai panjang dari tiga "barleycorn" dan sejak 1889 kilogram telah dijabarkan sebagai massa Prototipe Kilogram Internasional. Dalam penjabaran jenis konstanta secara eksplisit, sifat konstan diberikan dengan nilai tertentu dan penjabaran satuan akan muncul sebagai konsekuensinya. Sebagai contoh, pada tahun 1983, kecepatan cahaya dijabarkan tepatnya bernilai meter per detik dan, karena detik telah dijabarkan secara tersendiri, panjang meter dapat diturunkan.
Penjabaran sebelumnya () dan penjabaran baru (mulai 2019) dijelaskan di bawah ini.
Penjabaran baru detik secara efektif sama dengan penjabaran yang sebelumnya, satu-satunya perbedaan disini adalah bahwa kondisi ketika penjabaran ini berlaku dijabarkan secara lebih ketat.
Penjabaran baru meter secara efektif sama dengan yang sebelumnya, satu-satunya perbedaan adalah bahwa ketelitian tambahan dalam penjabaran satuan detik akan dikembangkan ke satuan meter.
Pengertian kilogram berubah secara fundamental – penjabaran sebelumnya menjabarkan kilogram sebagai massa kilogram prototipe internasional, yang merupakan artefak dan bukan konstanta alam, sedangkan penjabaran baru menghubungkannya dengan massa ekivalen energi dari suatu foton yang diberikan frekuensinya, melalui konstanta Planck.
Konsekuensi dari perubahan ini adalah bahwa penjabaran baru kilogram tergantung pada penjabaran dari detik dan meter.
Penjabaran ampere mengalami perbaikan besar – penjabaran sebelumnya, yang sulit diwujudkan dengan ketepatan tinggi dalam praktik, digantikan oleh penjabaran yang lebih intuitif dan mudah untuk diukur.
Karena penjabaran sebelumnya mengandung referensi pada gaya, yang memiliki dimensi MLT, maka dalam SI sebelumnya, kilogram, meter, dan detik, satuan dasar yang mewakili dimensi-dimensi ini, harus dijabarkan sebelum ampere dapat dijabarkan. Konsekuensi lain dari penjabaran sebelumnya adalah bahwa dalam nilai SI dari permeabilitas vakum () bernilai tetap persis . Karena kecepatan cahaya dalam vakum () bernilai tetap, maka hal ini mengikuti persamaan
bahwa permitivitas vakum () memiliki nilai tetap, dan dari
bahwa impedansi ruang hampa () juga memiliki nilai tetap.
Konsekuensi dari penjabaran yang direvisi adalah bahwa ampere tidak lagi tergantung pada penjabaran kilogram dan meter, tetapi masih tergantung pada penjabaran detik. Selain itu, nilai-nilai numerik dari permeabilitas vakum, permitivitas vakum, dan impedansi ruang hampa, yang tepat sebelum penjabaran baru, akan dipengaruhi oleh galat eksperimental setelah penjabaran baru.
Penjabaran satuan kelvin mengalami perubahan mendasar. Daripada menggunakan titik tripel air untuk memperbaiki skala suhu, penjabaran baru menggunakan energi yang setara seperti diberikan oleh persamaan Boltzmann.
Salah satu konsekuensi dari perubahan ini adalah bahwa penjabaran baru ini membuat penjabaran kelvin bergantung pada penjabaran detik, meter, dan kilogram.
Penjabaran mol saat ini menghubungkannya dengan kilogram. Penjabaran yang diperbaiki memecahkan hubungan tersebut dengan membuat mol sejumlah tertentu dari zat yang dimaksud.
Salah satu konsekuensi dari perubahan ini adalah bahwa hubungan yang dijabarkan saat ini antara massa atom , dalton, kilogram, dan bilangan Avogadro tidak lagi berlaku. Salah satu dari hal berikut harus berubah:
Kata-kata dari Brosur SI kesembilan menyiratkan bahwa pernyataan pertama tetap berlaku, yang berarti bahwa yang kedua tidak lagi benar. Konstanta massa molar, sementara masih dengan akurasi yang besar adalah tetap 1 g/mol, tidak lagi sebanding dengan itu sekarang.
Penjabaran baru candela secara efektif sama dengan penjabaran saat ini, dengan satu-satunya perbedaan adalah bahwa ketelitian tambahan dalam penjabaran detik dan meter akan merambat ke candela.
Sebagian besar pekerjaan yang dilakukan oleh CIPM didelegasikan kepada komite konsultatif. Komite Konsultatif CIPM untuk Satuan (CCU) telah membuat perubahan yang diusulkan sementara komite lain telah memeriksa proposal tersebut secara rinci dan telah membuat rekomendasi mengenai penerimaan mereka oleh CGPM pada tahun 2014. Berbagai komite konsultasi telah menetapkan sejumlah kriteria yang harus dipenuhi sebelum mereka akan mendukung proposal CCU tersebut, termasuk:
Pada Maret 2011, kelompok Koordinasi Avogadro Internasional (IAC) telah memperoleh ketidakpastian dan NIST mendapat ketidakpastian sebesar dalam pengukuran mereka.
Pada 1 September 2012 Institut Asosiasi Metrologi Nasional Eropa (EURAMET) meluncurkan proyek formal untuk mengurangi perbedaan relatif antara timbangan Kibble dan pendekatan bola silikon untuk mengukur kilogram dari menjadi dalam .
Pada 2014, CODATA merekomendasikan nilai konstanta fisika dasar (diterbitkan pada tahun 2016, menggunakan data yang dikumpulkan hingga akhir 2014), semua pengukuran memenuhi persyaratan CGPM dan alurnya jelas untuk dilanjutkan dengan penjabaran baru ini yang akan ditetapkan dalam pertemuan empat tahunan CGPM berikutnya di akhir 2018.
Pada tanggal 20 Oktober 2017, pertemuan ke-106 Komite Internasional untuk Timbangan dan Ukuran (CIPM) secara resmi menerima revisi Draft Resolusi A yang menyerukan penjabaran baru SI, untuk dilakukan pemungutan suara pada CGPM ke-26, Hari yang sama, sebagai tanggapan atas dukungan CIPM terhadap nilai akhir, Kelompok Tugas CODATA pada Konstanta Dasar menerbitkan nilai-nilai yang direkomendasikan tahun 2017 untuk empat konstanta (dengan ketidakpastiannya) dan nilai numerik yang diusulkan untuk penjabaran baru (tanpa ketidakpastian). Pemungutan suara, yang diselenggarakan pada 16 November 2018 di GCPM ke-26, menghasilkan suara bulat dari semua perwakilan nasional yang hadir yang mendukung proposal yang direvisi. Penjabaran baru ini akan berlaku efektif pada 20 Mei 2019.