Besaran dan Satuan : Redefinisi Satuan (Diskusi)

Prev : Besaran dan Satuan : Satuan Tak Baku

Pada beberapa pembahasan sebelumnya terkait dengan besaran pokok, kita telah mempelajari tujuh besaran pokok beserta satuannya yang ditetapkan secara internasional. Tidak hanya itu, kita juga telah mengetahui definisi dari masing-masing satuan tersebut.

Seperti yang telah dilihat, satuan SI dari ketujuh besaran pokok tersebut mengalami perubahan definisi, atau redefinisi. Beberapa dari satuan tersebut pada awalnya memiliki definisi yang terletak pada suatu objek tertentu. Sebagai contoh, definisi dari kilogram pada awalnya adalah massa dari prototipe silinder berbahan campuran platinum-iridium atau yang kita sebut sebagai International Prototype of the Kilogram (IPK) yang disimpan di Sevres, Prancis. Artinya, definisi dari satu kilogram selalu mengacu pada IPK, tidak peduli apakah objek tersebut mengalami penambahan atau pengurangan massa. Hal ini tentu saja menimbulkan masalah, karena IPK digunakan untuk mencocokkan nilai satu kilogram menurut timbangan-timbangan yang ada di seluruh dunia, atau yang kita kenal sebagai kalibrasi, dimana IPK berperan sebagai kalibrator. Ketika IPK mengalami perubahan massa, maka seluruh timbangan di dunia yang memiliki nilai satu kilogram yang telah cocok akan secara otomatis tidak menunjukkan nilai satu kilogram yang akurat, terutama apabila dilakukan proses kalibrasi menggunakan IPK tersebut. Seperti yang telah kita ketahui, walaupun IPK dijaga ketat, tentu saja IPK dapat mengalami perubahan massa, walaupun sangat kecil. IPK bisa saja mengalami peluruhan atom, atau tertempel debu yang tidak terlihat secara kasat mata. Hal yang sama juga terjadi pada satuan SI yang lain, meter misalnya. Sebelumnya meter didefinisikan sesuai dengan panjang prototipe batang platinum-iridium yang juga disimpan di Sevres, Prancis. Namun, fenomena pemuaian panjang menyebabkan batang tersebut dapat berubah panjangnya sewaktu-waktu.

Untuk memecahkan masalah tersebut, maka pada tahun 2011 dibuatlah suatu proposal untuk mendefinisikan ketujuh satuan-satuan SI sesuai dengan konstanta-konstanta alami yang ada, yang telah berhasil ditemukan berkat kemajuan teknologi. Hal ini didasari oleh anggapan bahwa konstanta-konstanta alami tersebut tidak akan pernah berubah, kapanpun dan dimanapun di dunia ini, walaupun berada di galaksi yang berbeda. Para ilmuwan pada dasarnya telah bergerak dalam proposal ini sejak 1967, ketika mereka berhasil mendefinisikan ulang satuan detik berdasarkan siklus transisi energi dari atom cesium. Tren ini kemudian diikuti oleh pendefinisian ulang meter sebagai jarak yang ditempuh oleh cahaya dalam ruang hampa selama 1/299792458 detik, disusul oleh definisi ulang dari empat satuan lain, hingga definisi ulang yang paling baru adalah definisi dari kilogram, yang didefinisikan sesuai dengan tetapan Planck yang satuannya memiliki satuan massa di dalamnya, yakni kg m²/s.

Hingga saat ini, per tahun 2020 dimana artikel ini ditulis, para ilmuwan telah berhasil meredefinisikan semua satuan SI menggunakan konstanta-konstanta alami. Meter dalam konstanta kecepatan cahaya dalam ruang hampa c, waktu dalam banyaknya siklus transisi energi atom cesium, kilogram dalam tetapan Planck h, Kelvin dalam tetapan Boltzmann kB, arus listrik dalam muatan elementer e, intensitas cahaya dalam tetapan efikasi lumen kcd, serta mol dalam bilangan Avogadro NA. Namun, diantara ketujuh satuan tersebut, yang paling menarik adalah bagaimana kilogram diredefinisikan berdasarkan tetapan Planck. Pasalnya, tetapan Plack umumnya digunakan untuk mengetahui energi suatu cahaya berdasarkan frekuensinya. Terlebih lagi, cahaya atau yang dikenal sebagai foton merupakan suatu entitas yang tak bemassa, sehingga tetapan Planck tampak tidak memiliki kaitan dengan massa. Dari sini terlihat bahwa kasus kilogram ini cukup unik dibandingkan satuan lain yang didefinisikan berdasarkan tetapan yang secara jelas memiliki kaitan. Penjelasan dari kasus ini terletak pada suatu alat yang disebut sebagai Kibble balance atau watt-balance. Alat ini dirancang oleh seorang fisikawan Inggris bernama Bryan Kibble pada 1975, yang pada awalnya digunakan untuk menentukan massa suatu objek menggunakan pengukuran kelistrikan. Alat ini kemudian pada tahun 1980 digunakan oleh para ilmuwan untuk mengukur tetapan Planck dengan melakukan penimbangan terhadap IPK, yang didasari oleh efek Josephson serta efek Hall kuantum. Namun, dua orang ilmuwan bernama Peter Mohr dan Barry Taylor menggagas bahwa proses seperti ini pada dasarnya dapat dilakukan terbalik, yakni untuk menentukan massa benda melalui tetapan Planck yang nilainya telah ditetapkan. Ini merupakan awal-awal usaha dari redefinisi kilogram.

Secara keseluruhan, redefinisi satuan ini tampak merupakan suatu hal yang melingkar, seperti bagaimana meter didefinisikan berdasarkan kecepatan cahaya, yang dimana satuannya juga memiliki meter didalamnya. Namun, prinsip dari redefinisi satuan ini adalah dengan menetapkan suatu angka untuk mendefinisikan satuan. Artinya, tidak peduli apakah angka tersebut adalah angka yang benar untuk tetapan tersebut, dan tidak peduli angka yang diperoleh sudah presisi atau tidak – kita hanya menyepakati bahwa angka tersebut adalah angka yang dipilih, sehingga objek apapun harus memiliki nilai yang sesuai dengan angka tersebut.

Sumber : nist.gov