अन्तर्राष्ट्रीय इकाई प्रणाली (SI) तथा उसका 2019 का ऐतिहासिक संशोधन

20 मई 2019 से, अंतर्राष्ट्रीय मात्रक प्रणाली (SI), जो माप के लिए विश्व स्तर पर स्वीकृत मानक है, में एक मौलिक संशोधन किया गया। यह पुनरीक्षण, जिसका निर्णय बाट और माप पर आम सम्मेलन (CGPM) की 26वीं बैठक में लिया गया, सभी सात आधार मात्रकों को प्रकृति के सात मौलिक भौतिक स्थिरांकों के संदर्भ में फिर से परिभाषित करता है। इस बदलाव ने किलोग्राम के अंतर्राष्ट्रीय प्रोटोटाइप जैसे भौतिक कलाकृतियों पर आधारित पुरानी परिभाषाओं को समाप्त कर दिया, जिससे माप मानकों की दीर्घकालिक स्थिरता, सटीकता और सार्वभौमिक पहुंच सुनिश्चित हुई। अब, सेकंड, मीटर, किलोग्राम, एम्पीयर, केल्विन, मोल और कैंडेला को सीज़ियम आवृत्ति, प्रकाश की गति, प्लांक स्थिरांक, मूल आवेश, बोल्ट्ज़मान स्थिरांक, आवोगाद्रो स्थिरांक और दीप्त दक्षता के निश्चित संख्यात्मक मानों से प्राप्त किया गया है। यह पुनर्गठन विज्ञान, उद्योग और वाणिज्य के लिए एक अधिक मजबूत और आंतरिक रूप से सुसंगत माप प्रणाली प्रदान करता है।

अंतर्राष्ट्रीय मात्रक प्रणाली (SI) मीट्रिक प्रणाली का एक आधुनिक रूप है और विज्ञान, उद्योग और वाणिज्य में माप के लिए विश्व स्तर पर स्वीकृत मानक है। इसे आधिकारिक तौर पर 1971 में बाट और माप पर आम सम्मेलन (CGPM) की 14वीं बैठक द्वारा स्थापित किया गया था। SI एक सुसंगत, दशमलव-आधारित प्रणाली प्रदान करती है जो अंतर्राष्ट्रीय व्यापार, उच्च-प्रौद्योगिकी निर्माण, मानव स्वास्थ्य और सुरक्षा, पर्यावरण संरक्षण और वैश्विक जलवायु अध्ययन के लिए आवश्यक है।

यह प्रणाली सात आधार मात्रकों पर बनी है, जिन्हें आयामी रूप से स्वतंत्र माना जाता है और यह अन्य सभी व्युत्पन्न मात्रकों की नींव बनाती हैं।

सात SI आधार मात्रक

• मीटर (m): लंबाई का मात्रक

• किलोग्राम (kg): द्रव्यमान का मात्रक

• सेकंड (s): समय का मात्रक

• एम्पीयर (A): विद्युत धारा का मात्रक

• केल्विन (K): ऊष्मागतिक ताप का मात्रक

• मोल (mol): पदार्थ की मात्रा का मात्रक

• कैंडेला (cd): ज्योति तीव्रता का मात्रक

2019 का पुनरीक्षण: एक मौलिक बदलाव

2019 का संशोधन SI के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण परिवर्तनों में से एक है। CGPM की 24वीं बैठक (2011) में प्रस्तावित और 26वीं बैठक में अपनाए गए इस पुनरीक्षण का मुख्य उद्देश्य एक ऐसी प्रणाली बनाना था जो दीर्घकालिक रूप से स्थिर, आंतरिक रूप से सुसंगत और व्यावहारिक रूप से प्राप्य हो। यह लक्ष्य आधार मात्रकों को प्रकृति के मौलिक स्थिरांकों से जोड़कर प्राप्त किया गया, जिनकी मान अपरिवर्तनीय मानी जाती हैं।

20 मई 2019 से प्रभावी, SI को सात पारिभाषिक स्थिरांकों के एक सेट के संदर्भ में परिभाषित किया गया है। आधार मात्रकों की परिभाषाएँ अब इन स्थिरांकों से ली गई हैं।

सात पारिभाषिक स्थिरांक

• सीज़ियम-133 परमाणु की अनक्षुब्ध आधार अवस्था हाइपरफाइन संक्रमण आवृत्ति ΔνCs = 9192631770 Hz

• निर्वात में प्रकाश का वेग c = 299792458 m/s

• प्लांक स्थिरांक h = 6.62607015 × 10⁻³⁴ J s

• प्रारम्भिक आवेश e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C

• बोल्ट्ज़मान स्थिरांक k = 1.380649 × 10⁻²³ J/K

• अवोगाद्रो स्थिरांक NA = 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹

• आवृत्ति 540 × 10¹² Hz की एकवर्णी विकिरण की प्रकाशीय प्रभाविता Kcd = 683 lm/W

2019 के SI संशोधन की आवश्यकता क्यों पड़ी?

पुरानी प्रणाली में आधार इकाइयाँ भौतिक कलाकृतियों (artifacts) अथवा कुछ विशेष प्रयोगात्मक स्थितियों पर निर्भर थीं। इनके कारण कई गम्भीर समस्याएँ उत्पन्न हो रही थीं। 2019 का संशोधन इन्हीं समस्याओं का स्थायी एवं वैज्ञानिक समाधान था। मुख्य कारण निम्नलिखित थे:

1. दीर्घकालिक अस्थिरता (Instability over time) किलोग्राम की परिभाषा 1889 से पेरिस में रखी प्लैटिनम-इरिडियम की एक भौतिक प्रतिकृति (International Prototype Kilogram – IPK) पर आधारित थी। 130 वर्षों में इस प्रतिकृति का द्रव्यमान लगभग 50 माइक्रोग्राम (लगभग 5 × 10⁻⁸ के सापेक्ष) बदल गया था। इसका अर्थ था कि विश्व का “एक किलोग्राम” धीरे-धीरे बदल रहा था। यह आधुनिक विज्ञान की 10⁻¹¹ तक की परिशुद्धता की आवश्यकता के लिए अस्वीकार्य था।

2. भौतिक कलाकृतियों की व्यावहारिक कठिनाइयाँ

   • केवल एक ही “असली” किलोग्राम था। अन्य सभी राष्ट्रीय प्रतिकृतियाँ समय के साथ उससे भिन्न हो रही थीं।

   • इसे देखने, तौलने अथवा तुलना करने के लिए पेरिस जाना पड़ता था। यह आधुनिक उच्च-प्रौद्योगिकी युग में अव्यावहारिक था।

   • किसी दुर्घटना (अग्नि, चोरी, क्षति) से पूरा विश्व का द्रव्यमान मानक नष्ट हो सकता था।

3. अन्य इकाइयों की परस्पर असंगतियाँ एवं सीमाएँ

   • ऐम्पियर की परिभाषा एक काल्पनिक प्रयोग (दो अनन्त तारों के बीच बल) पर आधारित थी जिसे वास्तविक प्रयोगशाला में ठीक-ठीक दोहराना असम्भव था।

   • केल्विन जल के त्रिक बिन्दु (0.01 °C) पर निर्भर था जो अत्यन्त शुद्ध जल की आवश्यकता रखता था और बहुत कम प्रयोगशालाएँ इसे प्राप्त कर पाती थीं।

   • मोल एवं कैण्डेला भी परोक्ष रूप से किलोग्राम अथवा अन्य कलाकृतियों से जुड़े थे।

4. विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी की बढ़ती आवश्यकताएँ नैनोटेक्नोलॉजी, क्वाण्टम कम्प्यूटिंग, परिशुद्ध चिकित्सा, अन्तरिक्ष अनुसंधान तथा मौलिक भौतिकी में 10⁻¹⁰ से 10⁻¹⁸ तक की सापेक्ष अनिश्चितता की आवश्यकता है। पुरानी कलाकृति-आधारित प्रणाली इस स्तर की परिशुद्धता नहीं दे सकती थी।

5. वैश्विक समानता एवं स्वतंत्रता पुरानी प्रणाली में केवल कुछ विकसित देश ही उच्च परिशुद्धता के मानक बनाए रख सकते थे। नई प्रणाली में विश्व का कोई भी उन्नत प्रयोगशाला (भारत, चीन, ब्राज़ील सहित) इन स्थिरांकों को स्वतंत्र रूप से मापकर सभी SI इकाइयों को पुनरुत्पादित कर सकती है। इससे विज्ञान का लोकतांत्रीकरण हुआ।

6. भविष्य के लिए स्थायी समाधान चुने गए 7 स्थिरांक (ΔνCs, c, h, e, k, NA, Kcd) को वर्तमान भौतिकी के सिद्धांतों के अनुसार अत्यन्त स्थिर एवं अपरिवर्तनीय माना जाता है। भविष्य में यदि इनका मापन और परिशुद्ध हो जाए तो भी इकाइयों की परिभाषा नहीं बदलेगी – केवल हमारा ज्ञान बेहतर होगा।

20 मई 2019 से, सभी सात आधार मात्रकों की पिछली परिभाषाएँ निरस्त कर दी गईं:

• सेकंड: 1967/68 की परिभाषा निरस्त।

• मीटर: 1983 की परिभाषा निरस्त।

• किलोग्राम: 1889 की परिभाषा, जो किलोग्राम के अंतर्राष्ट्रीय प्रोटोटाइप के द्रव्यमान पर आधारित थी, निरस्त।

• एम्पीयर: 1948 की परिभाषा निरस्त।

• केल्विन: 1967/68 की परिभाषा निरस्त।

• मोल: 1971 की परिभाषा निरस्त।

• कैंडेला: 1979 की परिभाषा निरस्त।

इसके अतिरिक्त, जोसेफसन स्थिरांक (KJ-90) और वॉन क्लिट्ज़िंग स्थिरांक (RK-90) के पारंपरिक मानों को अपनाने का निर्णय भी निरस्त कर दिया गया

SI के नए आधार मात्रक (20 मई 2019 से प्रभावी)

प्रत्येक आधार मात्रक को अब एक या अधिक पारिभाषिक स्थिरांकों के संदर्भ में परिभाषित किया गया है।

• सेकंड (s): समय का SI मात्रक। इसे सीज़ियम आवृत्ति ΔνCs, सीज़ियम 133 परमाणु की अविक्षुब्ध मूल-अवस्था हाइपरफाइन संक्रमण आवृत्ति का निश्चित संख्यात्मक मान 9 192 631 770 लेकर परिभाषित किया गया है जब इसे Hz मात्रक में व्यक्त किया जाता है, जो s⁻¹ के बराबर है।

• मीटर (m): लंबाई का SI मात्रक। इसे निर्वात में प्रकाश की चाल c का निश्चित संख्यात्मक मान 299 792 458 लेकर परिभाषित किया गया है जब इसे m/s मात्रक में व्यक्त किया जाता है, जहाँ सेकंड को ΔνCs के संदर्भ में परिभाषित किया गया है।

• किलोग्राम (kg): द्रव्यमान का SI मात्रक। इसे प्लांक स्थिरांक h का निश्चित संख्यात्मक मान 6.626 070 15 × 10⁻³⁴ लेकर परिभाषित किया गया है जब इसे J s मात्रक में व्यक्त किया जाता है, जो kg m² s⁻¹ के बराबर है, जहाँ मीटर और सेकंड को c और ΔνCs के संदर्भ में परिभाषित किया गया है।

• एम्पीयर (A): विद्युत धारा का SI मात्रक। इसे मूल आवेश e का निश्चित संख्यात्मक मान 1.602 176 634 × 10⁻¹⁹ लेकर परिभाषित किया गया है जब इसे C मात्रक में व्यक्त किया जाता है, जो A s के बराबर है, जहाँ सेकंड को ΔνCs के संदर्भ में परिभाषित किया गया है।

• केल्विन (K): ऊष्मागतिक ताप का SI मात्रक। इसे बोल्ट्ज़मान स्थिरांक k का निश्चित संख्यात्मक मान 1.380 649 × 10⁻²³ लेकर परिभाषित किया गया है जब इसे J K⁻¹ मात्रक में व्यक्त किया जाता है, जो kg m² s⁻² K⁻¹ के बराबर है, जहाँ किलोग्राम, मीटर और सेकंड को h, c और ΔνCs के संदर्भ में परिभाषित किया गया है।

• मोल (mol): पदार्थ की मात्रा का SI मात्रक। एक मोल में ठीक 6.022 140 76 × 10²³ मूल इकाइयाँ होती हैं। यह संख्या आवोगाद्रो स्थिरांक, NA का निश्चित संख्यात्मक मान है, जब इसे mol⁻¹ मात्रक में व्यक्त किया जाता है और इसे आवोगाद्रो संख्या कहा जाता है।

• कैंडेला (cd): किसी दी गई दिशा में ज्योति तीव्रता का SI मात्रक। इसे 540 × 10¹² हर्ट्ज आवृत्ति के एकवर्णी विकिरण की दीप्त दक्षता, Kcd का निश्चित संख्यात्मक मान 683 लेकर परिभाषित किया गया है जब इसे lm W⁻¹ मात्रक में व्यक्त किया जाता है, जो cd sr W⁻¹ या cd sr kg⁻¹ m⁻² s³ के बराबर है, जहाँ किलोग्राम, मीटर और सेकंड को h, c और ΔνCs के संदर्भ में परिभाषित किया गया है।

2019 का SI संशोधन मापन-विज्ञान के इतिहास में एक युगान्तकारी पड़ाव है। इस संशोधन ने सातों आधार इकाइयों को मानव-निर्मित कलाकृतियों एवं परिवर्तनशील भौतिक स्थितियों से पूर्णतः मुक्त कर दिया तथा उन्हें प्रकृति के सात अपरिवर्तनीय मूलभूत स्थिरांकों पर स्थापित कर दिया।

अब विश्व में कोई भी स्थान, कोई भी समय तथा कोई भी उन्नत प्रयोगशाला बिना किसी भौतिक प्रतिकृति के dependence के सेकण्ड, मीटर, किलोग्राम, ऐम्पियर, केल्विन, मोल एवं कैण्डेला को सर्वोच्च परिशुद्धता के साथ स्वतंत्र रूप से पुनरुत्पादित कर सकती है।

इससे न केवल मापन की दीर्घकालिक स्थिरता एवं वैश्विक एकरूपता सुनिश्चित हुई है, बल्कि विज्ञान, प्रौद्योगिकी, चिकित्सा, पर्यावरण-संरक्षण तथा अन्तर्राष्ट्रीय व्यापार के क्षेत्र में नई क्रान्ति का द्वार खुल गया है।

संक्षेप में, 20 मई 2019 को मानवजाति ने मापन को “मानव के हाथों” से निकालकर “प्रकृति के हाथों” में सौंप दिया। यह आधुनिक युग का सबसे महत्वपूर्ण वैज्ञानिक निर्णय है जो आने वाली शताब्दियों तक विज्ञान की नींव को अडिग बनाए रखेगा।