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SI基本単位の再定義 (2019年)

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』

SISI: en:2019 redefinition of the SI base units201826SI

 (CIPM) SI[1]2018111626CGPM[2][3][4]SI[5][6]20195201875

9 Ver.2.01[ 1][7][8]
旧定義と新定義における7つのSI基本単位の間の関係と、基本単位と物理定数の関係

改定の意義[編集]


SI1960SI7SISI20[ 2]

SISISI沿


単位 旧定義で参照・使用する値の数 新定義で参照・使用する値の数
人工物 物性値 物理定数 依存する単位 人工物 物性値 物理定数 依存する単位
s 0 1 (Δν133Cs) 0 0 0 1 (Δν133Cs) 0 0
m 0 0 1 (c) 1 (s) 0 0 1 (c) 1 (s)
kg 1 (原器) 0 0 0 0 0 1 (h) 2 (s, m)
A 0 0 1 (μ0) 3 (s, m, kg) 0 0 1 (e) 1 (s)
K 0 1 (TTPW) 0 0 0 0 1 (kB) 3 (s, m, kg)
mol 0 1 (m12C) 0 1 (kg) 0 0 1 (NA) 0
cd 0 0 1 (Kcd) 3 (s, m, kg) 0 0 1 (Kcd) 3 (s, m, kg)

使[ 3][ 4][ 5]7SI7

SISI[9][ 6]

19832019SISI[ 7]133 ()SI[10]SISI[10]

[]


1960SI1 20×10^9 [ 8][11]199921  (CGPM)

2007CIPM20 K 1300 K[12]

200723CGPMCIPM調 (IUPAP)[13]20109 (CCU)201010CIPM[14]SI[15]201010CIPM23CGPMCIPMSI[16]

24CGPMCIPM[17][18][ 9][19]25CGPMSI[20]201826CGPMCGPM[ 10]201771[21]

26CGPM (CODATA)SI20182CIPMCGPM[1]26CGPM[ 11]20181116SI2019520[22]

[]


CGPMSI3[23] (4357) (5176)SI2019520 ()[24]

[]


CCU42017104[25][26]

: h= 6.62607015×10^34  (J s)

: e= 1.602176634×10^19  (C)

: k= 1.380649×10^23  (J K1)

: NA= 6.02214076×10^23  (mol1)



133: Δν(133Cs)hfs = 9192631770  (Hz)

: c= 299792458  (m s1)

540×10^12 Hz: Kcd= 683  (lm W1)

使使

Δν(133Cs)hfs = 9192631770 s1

c = 299792458 ms1

h = 6.62607015×10^34 kgm2s1

e = 1.602176634×10^19 As

k = 1.380649×10^23 kgm2K1s2

NA = 6.02214076×10^23 mol1

Kcd = 683 cdsrs3kg1m2[ 12]

SI








[]


SI[27][28] [8][ 13]

[]


133


秒は、セシウム133原子の基底状態の 2 つの超微細準位間の遷移に対応する放射の周期の 9192631770 倍の継続時間である。

新定義

秒(記号は s)は、時間のSI単位であり、セシウム周波数 ΔνCs 、すなわち、セシウム133原子の摂動を受けない基底状態の超微細構造遷移周波数を単位 Hz (s−1 に等しい) で表したときに、その数値を 9192631770 と定めることによって定義される。

メートル[編集]

長さの単位であるメートルの定義については、既に今回の再定義の時点でメートル原器による古い定義の廃止は済んでおり、今回変更された定義においても光速が不変量(物理定数)であることを前提とした定義であることには変更はない。ただし、単位を規定する文言が冒頭に加わり、内容も自然法則に重きをおいた表現となった。なお、メートルの定義は、光速のほかに秒の定義にも依存している。

旧定義

メートルは、1 秒の 1/299792458 の時間に光が真空中を伝わる行程の長さである[29]

新定義

メートル(記号は m)は、長さのSI単位であり、真空中の光の速さc を単位 m s−1 で表したときに、その数値を299792458 と定めることによって定義される。ここで、秒はセシウム周波数 ΔνCs によって定義される。

キログラム[編集]


SI

201520178[30]44X


キログラムは質量の単位であり、国際キログラム原器の質量に等しい。

新定義

キログラム(記号は kg)は質量のSI単位であり、プランク定数 hを単位 J s (kg m2 s−1 に等しい)で表したときに、その数値を 6.62607015×10−34 と定めることによって定義される。ここで、メートルおよび秒は c および ΔνCs に関連して定義される。

アンペア[編集]


[ 14][ 15]

[ 16]


アンペアは、無限に長く、無限に小さい円形断面積を持つ 2 本の直線状導体を真空中に 1 メートルの間隔で平行においたとき、導体の長さ 1 メートルにつき 2×10−7 ニュートンの力を及ぼしあう導体のそれぞれに流れる電流の大きさである。

新定義

アンペア(記号は A)は、電流のSI単位であり、電気素量 e を単位C(A s に等しい)で表したときに、その数値を 1.602176634×10−19 と定めることによって定義される。ここで、秒は ΔνCs によって定義される。

ケルビン[編集]

温度の単位であるケルビンの定義は根本的に変更された。旧定義は、地球上の物質である状態変化に関する温度(三重点)の測定によって温度目盛りを定義するものであった。新定義は、熱力学統計力学における基本的な物理定数であるボルツマン定数を用いる。ボルツマン定数を不確かさのない固定された定義値として定めることにより、熱現象にかかわる自然現象を通じて、ケルビンは定義されるようになった。

旧定義は水の三重点(ただし不確かさのある値である)のみに依存していたが、ケルビンの新定義は秒とメートル、キログラムの定義に依存することになった。

旧定義

熱力学温度の単位ケルビンは、水の三重点の熱力学温度の 1/273.16 である。

新定義

ケルビン(記号は K)は、熱力学温度のSI単位であり、ボルツマン定数 k を単位 J K−1(kg m2 s−2 K−1 に等しい)で表したときに、その数値を1.380649×10−23 と定めることによって定義される。ここで、キログラム、メートルおよび秒は hc および ΔνCs に関連して定義される。

モル[編集]

物質量の単位であるモルの定義は根本的に変更された。旧定義は、特定の物質(炭素12)に固有の性質とキログラムの定義によっていた。新定義では、アボガドロ数あるいはアボガドロ定数(単位物質量に含まれる構成要素の数)を不確かさのない定義値とすることで定められている。今回の定義の変更により、モルはキログラムの定義に依存しなくなった。のみならず、定義値のアボガドロ定数(アボガドロ数)のみによって定められており、他のいかなる単位の定義(すなわち他の物理定数や物質の特性値)にも依存しない単位となった。

この定義の変更によって、従来は定義値であったいくつかの物理量や物質固有の物性値に不確かさが生じるようになった(後述)。

旧定義

1. モルは、0.012 kg の炭素12に含まれる原子と等しい数の構成要素を含む系の物質量である。
2. モルを使うときは、要素粒子が指定されなければならないが、それは原子、分子、イオン、電子、その他の粒子またはこの種の粒子の特定の集合体であってよい。

新定義

モル(記号は mol)は物質量のSI単位であり、1 モルには、厳密に 6.02214076×1023 の要素粒子が含まれる。この数は、アボガドロ定数NAを単位 mol−1 で表したときの数値であり、アボガドロ数と呼ばれる。 系の物質量(記号はn)は、特定された要素粒子の数の尺度である。要素粒子は、原子、分子、イオン、電子、その他の粒子、あるいは、粒子の集合体のいずれであってもよい。





12C: 12 g/mol11.9999999958(36) g/mol[31]

: 1 g/mol0.99999999965(30) g/mol[32]

0.012 kg12C: 1 mol



0.012 kg12C: 

12C1/12

12C: 12 

: 1 


[]


 540×1012 Hz 


カンデラは光度の単位であり、周波数 540×1012 ヘルツの単色放射を放出し、所定方向の放射強度が 1/683 ワット毎ステラジアンである光源のその方向における光度と定義される。

新定義

カンデラ(記号は cd )は、所定の方向における光度のSI単位であり、周波数 540×1012 Hz の単色放射の視感効果度 Kcd を単位 lm W−1(cd sr W−1 あるいは cd sr kg−1 m−2·s3 に等しい)で表したときに、その数値を 683 と定めることによって定義される。ここで、キログラム、メートルおよび秒は hc および ΔνCs に関連して定義される。

再現性への影響[編集]


SI[15][33]1/36kg, Kmol
新旧のSI基本単位の定義において、対応する物理定数・物性値の物理学的測定の相対的不確かさ
単位 参照される定数 記号 旧定義 新定義
s セシウム133の基底状態の超微細構造の周波数 ΔνCs ΔνCsを定義値として、sには 1×10−14 [34]
m 光速 c cを定義値として、mには2.5×10−8 [34]
kg 国際キログラム原器の質量 m (K) 定義値 5.0×10−8
プランク定数 h 5.0×10−8 定義値
A 磁気定数 μ0 定義値 6.9×10−10
電気素量 e 2.5×10−8 定義値
K 水の三重点の温度 TTPW 定義値 1.7×10−6
ボルツマン定数 k 1.7×10−6 定義値
mol 12Cのモル質量 M (12C) 定義値 1.4×10−9
アボガドロ定数 NA 1.4×10−9 定義値
cd 540 THzの単色光の視感効果度 Kcd 定義値[注釈 17]



(一)^ 2019520202212

(二)^ 7SI277SI20

(三)^ 

(四)^ 12133

(五)^ 

(六)^ 

(七)^  (mol-1)

(八)^ 1 kgkg20 μg

(九)^ 25CGPM20152014

(十)^ SI

(11)^ 2018111316

(12)^ sr

(13)^ 

(14)^ 沿

(15)^ 

(16)^ 2

(17)^ SI1/683 W sr-1540 THz1 cd

[]



(一)^ abDraft Resolution A On the revision of the International System of Units (SI) Draft Resolution A  26th meeting of the CGPM (13-16 November 2018),Appendix 3. "The base units of the SI",3, 2018-02-06

(二)^ On the revision of the International System of Units (SI) and Voting. 26 th CGPM The BIPM,  Published on Nov 16, 2018 5451250

(三)^ The Latest: Landmark Change to Kilogram Approved The New York Times, 2018-11-16

(四)^ 130  2018-11-16

(五)^ 26th meeting of the CGPM, International Bureau of Weights and Measures (BIPM), 2018-11-16

(六)^ SI 2020 

(七)^ The International System of Units (SI) 9th edition 2019 Bureau International des Poids et Mesures, 2019-05-20202212Ver.2.01 

(八)^ abSI92019 20204

(九)^ Bringing the World Closer to Revised Measurement System, Scientists Update Four Key Fundamental Constants NIST, 2017-10-23

(十)^ ab (II)2020925 

(11)^ Peter Mohr (2010126). Recent progress in fundamental constants and the International System of Units (PDF). Third Workshop on Precision Physics and Fundamental Physical Constants. 201112

(12)^ Fischer, J. et al (200752). Report to the CIPM on the implications of changing the definition of the base unit kelvin (PDF). 201112

(13)^ Resolution proposal submitted to the IUPAP Assembly by Commission C2 (SUNAMCO) (PDF).  International Union of Pure and Applied Physics (2008). 2011927201158

(14)^ Ian Mills (2010929). On the possible future revision of the International System of Units, the SI (PDF).  CCU. 201111

(15)^ abIan Mills (2010929). Draft Chapter 2 for SI Brochure, following redefinitions of the base units (PDF).  CCU. 201111

(16)^ Towards the "new SI".   (BIPM). 2011220

(17)^ On the possible future revision of the International System of Units, the SI - Draft Resolution A (PDF).   (CIPM). 2011714

(18)^ Resolution 1 - On the possible future revision of the International System of Units, the SI (PDF). 24th meeting of the General Conference on Weights and Measures. Sèvres, France. 2011. 20111025 {{cite conference}}: |day= (); |month= ()

(19)^ "General Conference on Weights and Measures approves possible changes to the International System of Units, including redefinition of the kilogram" (PDF) (Press release). Sèvres, France: . 2011. 20111025 {{cite press release2}}: |day= (); |month= ()

(20)^ Resolution 1 of the 25th CGPM (2014).  Sèvres, France:  International Bureau for Weights and Measures (20141121). 20141214

(21)^ Timetable for the future revision of the International System of Units News from the BIPM, BIPM, 2015-01

(22)^ Joint CCM and CCU roadmap for the adoption of the revision of the International System of Units32019

(23)^  

(24)^   20194

(25)^ Bringing the World Closer to Revised Measurement System, Scientists Update Four Key Fundamental Constants NIST, 2017-10-23

(26)^ (ACCEPTED MANUSCRIPT) The CODATA 2017 Values of h, e, k, and N A for the Revision of the SI BIPM & IOP Publishing Ltd. 2017-10-20 

(27)^ The International System of Units(SI) 8th edition 2006 Bureau International des Poids et Mesures, 2006

(28)^ The International System of Units(SI) 9th edition 2019 Bureau International des Poids et Mesures, 2019-05-20.

(29)^  (SI)PDF82006https://www.nmij.jp/library/units/si/R8/SI8J.pdf201455 p.22 

(30)^ . (PDF).   . 20201027

(31)^ molar mass of carbon-12 The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. US National Institute of Standards and Technology. 2019-05-20. 2018 CODATA recommended values

(32)^ molar mass constant The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. US National Institute of Standards and Technology. 2019-05-20. 2018 CODATA recommended values

(33)^ Ian Mills (201010). A Note to the CIPM from Ian Mills, President of the CCU: Thoughts about the timing of the change from the Current SI to the New SI (PDF).  CCU. 201111

(34)^ abWilliam B. Penzes. Time Line for the Definition of the Meter (PDF). 2019317

[]


 1 - B-205620184201ISBN 978-4-06-502056-2

  - DOJIN 078201882011ISBN 978-4-7598-1678-5

The Last Artifact Montana PBS, 572020  SI

[]










SI

[]


SI92019 20204  2022715 SI92019pdf 2022715https://unit.aist.go.jp/nmij/public/report/si-brochure/pdf/20220714_seigohyo.pdf 

(SI)     調82020420233

The International System of Units(SI) 9th edition 2019SI9Bureau International des Poids et Mesures, 2019-05-20

[1]SIBIPM

A concise summary of the International System of Units, SI SI2019520

Frequently Asked Questions about the revision of the SI that came into force on 20 May 2019 BIPM, SIQandA212019-05-20

The revision of the SIthe results of three decades of progress in metrology Michael Stock et al. 2019 Metrologia 56 022001, Published 28 June 2019

(SI)  58520195

PDF20195193-200 

SI92019 2023-08-01

(SI) 

   

DRAFT 9th edition of the SI Brochure BIPM, 2016-11-10

Bringing the World Closer to Revised Measurement System, Scientists Update Four Key Fundamental Constants NIST, 2017-10-23

BIPM website on the New SI, including a FAQ page.