SI基本単位の再定義 (2019年)
質量の単位であるキログラムの定義は根本的に変更された。旧定義は「国際キログラム原器の質量」によるものであるが、新定義から当該原器は排除された。これにより、人の手による有形的存在としての原器類は、SIでは一切用いられなくなった。新しい定義では、プランク定数を定義された不確かさのない値として定め、このうえで自然法則に整合する質量の単位(キログラム)として定められている。旧定義はキログラム原器(ただし不確かさがある)のみが定義の要素であったが、新定義のキログラムは、プランク定数の他に、秒とメートルの各定義に依存するようになった。
新定義において重要なプランク定数を定義値として採用するにあたっては、当時において観測結果から得ていた複数のプランク定数の値を参照し、信頼性の高い値を定義値として決める必要があった。この検討に際しては、2015年から2017年にかけて報告されたプランク定数の8つの実験値を鑑みて決定された。そのうちの4つは、ワット天秤を用いて直接測定されたものである。残りの4つは、X線結晶密度法で測定されたアボガドロ定数から、モルプランク定数を介して得られたものである。
旧定義
新定義
99999999965(30) g/molである。
0.012 kgのCの物質量: 旧定義では正確に1 molであった。
次の値は、旧定義でも新定義でも、不確かさのある値である。
0.012 kgのCに含まれる原子数: 旧定義ではアボガドロ定数に不確かさがある為、新定義ではアボガドロ定数と無関係な数値となった為、それぞれ不確かさがある。
統一原子質量単位(ダルトン)の定義は、現行どおりCの質量の1/12のままである。よって、ダルトンを単位とする限りは、新旧の定義によらず以下の値に影響・変化はない。
ダルトンで表したときのCの質量: 新しい国際単位系の定義でも、現行どおり正確に12 ダルトンである。キログラムで表したときに不確かさのある値となることも、現行どおりである。
ダルトンで表したときの原子質量定数: 現行通り正確に1 ダルトンである。キログラムで表したときに不確かさのある値となることも、現行どおりである。
なお、先述の通りボルツマン定数も定義値であり、アボガドロ定数もこの定義で定義値となった。したがって、これらの積である気体定数も不確かさのない定義値となった。
電流の単位であるアンペアの定義は大幅な見直しが行われた。旧定義の単位電流の大きさは、充分な精度をもって現示するのが難しいという問題があった。新定義は、電気素量を用いた直感的な定義となった。今回のアンペアの再定義における電気素量は、不確かさのない固定された値として新たに定められた。この変更により、アンペアの定義はキログラムとメートルの定義に依存しなくなった。ただし、秒の定義には引き続き依存する。
電気素量を定義値としたことで、電気素量と密接な関係にある真空の誘電率、真空の透磁率および真空の特性インピーダンスは、かつては定義値であったが、今回の再定義によって不確かさのある値(電気素量をはじめとする他の定義値により自然法則から観測して得る値)となった。
旧定義
新定義
↑ 初版は2019年5月20日公表、当該版の改訂は2022年12月である。
↑ なお、定義の仕組み上、原理原則的には7つのSI基本単位は、27ある単位のなかから「任意に」選ばれ定義されたものである。すなわち、7つのSI基本単位と20の組立単位に根本的な原理上の差異はない。
↑ ここでは、人工の有形的存在という意味である。すなわちキログラム原器(あるいは既に廃止されたがメートル原器)等のことである。
↑ 人工物ではないが、人類が利用しやすい特定の物質の物性値という意味である。ここでは、表にある通り、水、炭素12、セシウム133が該当する。
↑ 自然を記述する、すなわち、自然法則を表すのに用いられる物理定数のことである。
↑ なお、アンペアは、もとより物理定数による定義だが、単位をさだめるにあたって精度が向上するよう改訂されている。
↑ なお、今回改訂された単位のモルは「非常に大きな数の構成粒子を実用的に数えるための単位」であり、その定義の為に参照する唯一の固定値(アボガドロ定数)もモルの逆数 (mol)を単位とするものであり、独立性の強い単位である。(もちろん、統計力学や熱力学や化学、生物学などの実践において、モルが他の単位と不可分に重要な単位であることに変わりはない。)
↑ 国際キログラム原器の質量こそが「1 kg」なのだから、「キログラム原器の質量が何kg変化した」と言うのは奇妙な言い回しではある。が、ここでは「キログラム原器として造られた有形的存在である一つ一つの器物について、以前に校正した天秤で質量を計ると20 μg程度値が変わる可能性がある」という意味である。