Nositeľ Nobelovej ceny za fyziku profesor Klaus von Klitzing, riaditeľ Inštitútu Maxa Plancka pre výskum pevných látok v Stuttgarte, navštívil v dňoch 29. a 30. apríla 2019 Bratislavu. Na Slovenskej technickej univerzite vystúpil s prednáškou na tému Od Nobelovej ceny k novému kilogramu. Hlavnou témou jeho prednášky bola Medzinárodná sústava jednotiek a otázka, prečo je potrebné zmeniť definíciu kilogramu.
Prof. von Klitzing vo svojej prednáške, okrem iného, zhrnul využitie kvantového Hallovho javu v metrológii, so zameraním na nahradenie kilogramu pevnou hodnotou Planckovej konštanty. Medzinárodná sústava jednotiek (SI) predstavuje základ pre všetky merania, akými sú dĺžka, hmotnosť, čas, elektrický prúd, termodynamická teplota, látkové množstvo a svietivosť. Kilogram bol za jednotku hmotnosti stanovený v roku 1799. Dovtedy sa na meranie hmotnosti používali iné jednotky, ktoré sa však odlišovali, a preto bolo potrebné ich zjednotiť.
Podobne to bolo s dĺžkou, nakoľko súčasne sa používala stopa, palec či lakeť. Dokonca v každom nemeckom meste mala stopa inú dĺžku. Bolo úsmevné vypočuť si, že napríklad yard (dnes ustálená britsko-americká sústava jednotiek pre dĺžku) bola dĺžka medzi špičkou nosa a vztýčeným palcom natiahnutej ruky anglického kráľa Henricha I. Vo Francúzsku zaviedli metrický systém, ktorý vznikol v roku 1790. Bizarné bolo, že týždeň mal mať podľa neho desať dní, deň desať hodín a hodina sto minút. Až protesty na uliciach docielili zachovanie sedemdňového týždňa, čo bola jediná výnimka. Metrický systém prijali všetky krajiny sveta s výnimkou Mjanmarska, Libérie a USA.
Nositeľ Nobelovej ceny prof. Klaus von Klitzing na STU v Bratislave
Definovanie hmotnosti kilogramu
Na definovanie hmotnosti kilogramu sa do súčasnosti používal prototyp zo zliatiny platiny a irídia v pomere 9 : 1, uložený od roku 1889 v Medzinárodnom úrade pre váhy a miery v Paríži. Kópie prototypu sa nachádzajú v každej krajine sveta.Meraniami sa však zistilo, že v porovnaní s kópiami prototyp stráca na váhe, je teda nestabilný. Prof. von Klitzing vysvetlil: „Je možné, že z neho difunduje plyn. Preto sme hľadali nový základ pre systém jednotiek, ktorý bude stabilný a bude fungovať univerzálne všade na svete rovnako.“
Redefinícia metrického systému
Dňa 20. mája 2019 sa udejú zmeny v Medzinárodnej sústave jednotiek. Podľa prof. von Klitzinga ide o najväčšiu revolúciu v metrickej sústave od Francúzskej revolúcie, keď sa stanovil aj globálny systém mier. Kľúčovú úlohu v zavedení novej sústavy SI hrá kvantový Hallov jav, ktorý možno využiť nielen na vysoko presné meranie elektrických štandardov, ale aj na nové stanovenie kilogramu cez porovnávanie elektrických a mechanických síl pomocou wattových váh (extrémne presného prístroja pre meranie hmotnosti).
Nová redefinícia metrického systému je možná práve na základe objavu Klausa von Klitzinga (Nobelovu cenu za fyziku získal v roku 1985), na ktorý prišiel pomocou kremíkovým poľom riadeného tranzistora. Ide o objav Hallovho javu vedúcemu k zavedeniu von Klitzingovej konštanty, ktorá je jedným z kľúčových prvkov pri novej definícii kilogramu. Prof. von Klitzing v tejto súvislosti uviedol: „V minulosti sme mali iné artefakty, na základe ktorých sme miery odvádzali, ale teraz budeme mať fixné konštanty odvodené z prírody. Konštantami sú numericky fixné hodnoty jednotiek, ktoré sú nemenné.“
Prof. Klaus von Klitzing po prednáške na STU v Bratislave odpovedal na množstvo otázok
Zavedením novej sústavy SI sa docielia stabilné definície jednotiek sústavy. Základom nových definícií sa tak stanú Planckova konštanta (h), elementárny náboj (e), Boltzmanova konštanta (k) a Avogadrova konštanta (NA). Von Klitzingova konštanta predstavuje hodnotu základného odporu a spolu s Josephsonovou konštantou spôsobí navždy stabilný elektrický odpor. „Dostávame sa teda od lokálnych jednotiek mier až po univerzálnu, vylepšenú definíciu na báze Planckovej konštanty, ktorá je základom pre všetky merania,“ povedal prof. von Klitzing.
Prof. Klaus von Klitzing (1943) je od roku 1985 riaditeľom Inštitútu Maxa Plancka pre výskum tuhých látok v Stuttgarte v Nemecku. V predchádzajúcom období pracoval pre Claredonské laboratórium Oxfordskej univerzity, výskumné laboratórium IBM v Yorktown Heights a laboratórium vysokých magnetických polí vo francúzskom Grenobli. V roku 1980 sa stal profesorom na Technickej univerzite v Mníchove.
Návštevu profesora Klausa von Klitzinga na Slovensku zorganizovali: Nadácia Tatra banky, Nadácia Petit Academy, Univerzita Komenského v Bratislave, Slovenská technická univerzita v Bratislave a SOVVA.
Spracovala a uverejnila: Marta Bartošovičová, NCP VaT pri CVTI SR
Zdroj: Informácia z Oddelenia vzťahov s verejnosťou RUK
Účasť na prednáške na FIIT STU v Bratislave
Fotozdroj: UK v Bratislave, Vladimír Kuric