پاسخ صحیح نگهبانان: چرا اندازه گیری در NIST برای ملت و جهان مهم است

عملاً هر چیزی که در زندگی روزمره خود استفاده می کنید به دلیل علم اندازه گیری کار می کند. بدون اندازه‌گیری دقیق، ماشین شما کار نمی‌کند، تلفن شما کار نمی‌کند، بیمارستان‌ها نمی‌توانند کار کنند و دستگاه خودپرداز از کار می‌افتد.

NIST موسسه ملی اندازه گیری ایالات متحده است. اکثر مردم در ایالات متحده نمی دانند که یک سازمان واحد در داخل دولت فدرال وجود دارد که اطمینان حاصل می کند که همه اندازه گیری ها در ایالات متحده صحیح و قابل اعتماد هستند – و اینکه آنها توسط دولت های دیگر در سراسر جهان پذیرفته می شوند.

در عمل چگونه به نظر می رسد؟ در اینجا یک مثال است.

سالانه بیش از 40 میلیون ماموگرافی در ایالات متحده انجام می شود. هر یک فرصتی برای نجات یک زندگی است.

این ماموگرافی ها باید هم ایمن و هم موثر باشند، بنابراین دستگاه های ماموگرافی باید بیماران را در معرض کمترین میزان اشعه مورد نیاز برای گرفتن یک تصویر خوب قرار دهند و در نتیجه هرگونه اثرات مضر را به حداقل برسانند. اندازه گیری های دقیق تضمین می کند که مزایای آزمایش بسیار بیشتر از تأثیر یک نوردهی کوچک است. ما می‌دانیم که بیمارستان‌های ایالات متحده به این تعادل دست می‌یابند، زیرا این میزان تشعشع را به یکی از آزمایشگاه‌های ما در اینجا در NIST ردیابی می‌کنند.

قابلیت ردیابی یک مفهوم علمی پیچیده است، اما اساساً به این معنی است که در مقایسه با استانداردهای دقیق کالیبره شده در NIST، دستگاه ماموگرافی به دقت مقدار دقیق تابش مجاز را ارائه می دهد. ما این را می دانیم زیرا زنجیره کالیبراسیون – یا تمام مراحلی که برای آزمایش و بررسی آن ماشین انجام شد – می تواند تا آخر به یکی از آزمایشگاه های فیزیک تشعشع ما در اینجا در Gaithersburg، مریلند متصل شود.

این یکی از صدها مثالی است که نشان می‌دهد چگونه علم اندازه‌گیری، که به نام اندازه‌شناسی نیز شناخته می‌شود، بر زندگی روزمره تأثیر می‌گذارد – چه فکر کنید یا نه.

برخی از این نمونه ها واضح است. وقتی باک بنزین خودروی خود را پر می‌کنید یا گوشت اغذیه‌فروشی می‌خرید، دقیقاً می‌دانید که چقدر می‌خرید، زیرا ادارات وزن و اندازه‌گیری ایالت پمپ‌ها و ترازو را بر اساس استانداردهای حجم و جرم از NIST از نظر دقت بررسی می‌کنند.

شاید کمتر واضح باشد که مقادیر روی برچسب های تغذیه ای روی بسته بندی مواد غذایی با مقایسه مقادیر با استانداردهای غذایی که NIST تولید می کند. حتی کمتر آشکار این واقعیت است که شما GPS کار می کند به خاطر ساعت های اتمی داخل ماهواره ها. NIST اولین ساعت اتمی جهان را ایجاد کرد و همچنان در ساخت این زمان‌سنج‌های بسیار دقیق، یک رهبر جهانی باقی می‌ماند.

چرا علم اندازه گیری مهم است

این مثال ها – و بسیاری از موارد پیچیده تر – دلیلی است که ما یک سازمان ملی متمرکز بر اندازه شناسی داریم. ما هزاران محقق به نام مترولوژیست داریم که دائماً در حال بررسی چگونگی اندازه گیری بهتر چیزها هستند.

چرا چنین فداکاری؟ خب، همه چیز در علم و فناوری بر اساس اندازه گیری است. در علم، توانایی اندازه گیری چیزی و تعیین ارزش آن – و انجام آن به روشی قابل تکرار و قابل اعتماد – ضروری است.

به عنوان مثال، اندازه گیری های دقیق امکان پیش بینی آب و هوا را فراهم می کند. در حالی که ممکن است زمانی که پیش‌بینی‌های آب‌وهوا کاملاً درست نیست متوجه این موضوع شوید، اکنون پیش‌بینی‌های آب‌وهوای پنج روزه دقیق هستند. 90 درصد مواقع.

یکی از ابزارهایی که هواشناسان (در مقابل مترولوژیست ها) برای پیش بینی آب و هوا استفاده می کنند، اندازه گیری انرژی – یا تشعشعات – است که از زمین می آید. پیشرفت‌های اخیر در توانایی ما برای انجام دقیق‌تر این اندازه‌گیری‌ها به توانایی ما برای پیش‌بینی وضعیت هوای آخر هفته شما کمک کرده است.

علاوه بر این، هر چه علم و فناوری بیشتر پیشرفت کند، اندازه گیری ها پیچیده تر می شوند.

به عنوان مثال، زمانی که دانشمندان در اواخر دهه 1940 ترانزیستورها را ایجاد کردند – که به بلوک ساختمانی کامپیوترها و تقریباً تمام وسایل الکترونیکی مدرن تبدیل شده اند – آنها باید آنها را در مقیاس میلی متر اندازه گیری می کردند که ضخامت آن تقریباً به اندازه یک سکه است.

همانطور که فناوری نیمه هادی ها پیشرفت کرده است، اکنون باید تراشه های کامپیوتری را در مقیاس نانومتر اندازه گیری کنیم – یک میلیون بار کوچکتر از عرض آن سکه. بنابراین، اگر علم اندازه گیری پیشرفت نمی کرد، فناوری نمی توانست پیشرفت کند. بدون آن، ما جدیدترین گوشی‌های هوشمندی را که امروزه بدیهی می‌دانیم، نخواهیم داشت.

یک چالش دیگر این است که ما اکنون در دنیایی هستیم که اندازه گیری های روزانه به آن گره خورده است ثابت های فیزیکی در طبیعت، نه به چیزها. این امر باعث می‌شود اندازه‌گیری‌ها جهانی‌تر و منسجم‌تر و همچنین تعریف آن برای دانشمندان پیچیده‌تر شود.

به عنوان مثال، قبل از سال 2018، تمام اندازه‌گیری‌های جرم در یک استوانه فلزی در یک طاق در فرانسه قابل ردیابی بود. در حال حاضر، جرم توسط یک ثابت فیزیکی در طبیعت تعیین می شود – که به نام the ثابت پلانک. در حالی که این رویکرد جدید مزایای زیادی دارد، اما پیچیده‌تر نیز هست. در واقع، محققان اینجا در NIST با ما همکاری می کنند همتایان در آلمان برای حل برخی از چالش های باقی مانده با این اندازه گیری خاص.

یکی از چیزهایی که من در مورد کار در مترولوژی دوست دارم این است که برای هر سوال اندازه گیری پاسخ صحیحی وجود دارد. اگر دقت کافی داشته باشیم و علم را به خوبی درک کنیم، آنگاه به پاسخ قابل اعتمادی خواهیم رسید. ما همچنین می‌توانیم بدانیم که چقدر از صحت یا صحت پاسخ، که آن را «عدم قطعیت» می‌نامیم، مطمئن هستیم.

یکی از نقش‌هایی که ما در NIST ایفا می‌کنیم، ارائه این پاسخ‌ها به روشی قابل اعتماد است. به همین دلیل است که من ما را “حافظان پاسخ درست” می نامم. اگر کسی نیاز به دانستن درجه حرارت دارد، ساعت چند استآنها می دانند که چقدر چیزی خالص است یا چقدر کوچک است، آنها می دانند که می توانند به علمی که از NIST بیرون می آید اعتماد کنند.

من مفتخرم که بخشی از این فرآیند هستم و به رهبری سازمانی که الهام بخش اعتماد در سراسر جهان است کمک کرده ام.

از فیزیکدان تا مترولوژیست جهانی

در مدرسه، فیزیک اتمی و مولکولی خواندم و می‌دانستم که می‌خواهم در آزمایشگاه کار کنم.

وقتی چند دهه پیش تا اولین روزم در NIST رانندگی کردم و بیرون از ساختمان اندازه‌شناسی پارک کردم، متوجه شدم که اصلاً نمی‌دانم معنی کلمه «مترولوژی» چیست.

به دفترم رفتم و کلمه را در فرهنگ لغت جستجو کردم. فهمیدم به معنای علم اندازه گیری است. فکر کردم جالبه

من برای حمایت از صنایع نیمه هادی و برق در آزمایشگاهم تحقیقات فیزیک انجام دادم. این آزمایش‌ها آشکارا شامل اندازه‌گیری‌هایی بود، همانطور که همه علوم انجام می‌دهند، اما صادقانه بگویم، آنها کانون تفکر من نبودند.

تا زمانی که از من خواستند روی کالیبراسیون ها کار کنم، اهمیت و زیبایی اندازه گیری ها برایم روشن شد. با کار بر روی کالیبراسیون ترانسفورماتورها و خازن‌های الکتریکی (دستگاه‌هایی که انرژی را ذخیره می‌کنند)، به دنیای ردیابی‌پذیری پرداختم. دیدم که دنیای مترولوژی چقدر مهم و جهانی است.

یکی از هیجان انگیزترین نتایج درگیر شدن من با کالیبراسیون این بود که در دنیای بین المللی مترولوژی درگیر شدم. کشورهای دیگر نسخه‌های خود را از NIST دارند – سایر مؤسسات ملی اندازه‌شناسی – که وزن‌ها، اندازه‌گیری‌ها، زمان‌سنجی و حوزه‌های علمی مرتبط با آن‌ها را مدیریت می‌کنند.

زیرساخت‌های بین‌المللی عظیمی در میان کشورهای جهان و مؤسسات ملی اندازه‌شناسی آنها وجود دارد تا اطمینان حاصل شود که روش اندازه‌گیری چیزها در ایالات متحده در سایر کشورها قابل قبول است و بالعکس. این برای مسائلی از این قبیل ضروری است تعمیر هواپیما یا خرید مواد برای شرکت شما در سراسر جهان

من شخصاً به عنوان رئیس مترولوژی ایالات متحده، اهمیت این همکاری جهانی را درک می کنم و بخشی از جامعه جهانی مترولوژیست ها هستم. در حالی که برای بسیاری این دنیای اندازه‌گیری‌ها پیش پا افتاده یا حتی خسته‌کننده به نظر می‌رسد، اتفاقات هیجان‌انگیز زیادی در حال وقوع است.

را بازتعریف دومی انتظار می رود چند سال دیگر بیاید. (این برای مترولوژیست ها بزرگ خواهد بود، اما نگران نباشید، بعید است که متوجه شوید.) اندازه گیری های جدید برای نظارت بر آب و هوا در حال توسعه و به کارگیری هستند. تکنیک هایی برای کشف رازهای مهندسی زیستی در حال پیشرفت است. راه هایی برای اندازه گیری دقیق حضور و تاثیر میکروپلاستیک ها در حال توسعه هستند و خیلی چیزهای دیگر.

با پیشرفت تکنولوژی و مطالبه بیشتر از علم اندازه گیری، ما در اینجا خواهیم بود تا آن را ارائه دهیم. واقعاً زمان هیجان انگیزی است که مترولوژیست شوید!