Prošlost i sadašnjost kilograma

Koliko kilogram teži? Naučnici istražuju ovaj naizgled jednostavan problem stotinama godina.

Godine 1795. Francuska je donijela zakon kojim je „gram“ propisan kao „apsolutna težina vode u kocki čija je zapremina jednaka stotom dijelu metra na temperaturi topljenja leda (tj. 0°C). Godine 1799. naučnici su otkrili da je zapremina vode najstabilnija kada je gustina vode najveća na 4°C, pa je definicija kilograma promijenjena u „masa 1 kubnog decimetra čiste vode na 4°C“. Ovo je proizvelo originalni kilogram čiste platine, kilogram je definisan kao jednak njenoj masi, što se naziva arhivski kilogram.

Ovaj arhivski kilogram se koristi kao referentna vrijednost već 90 godina. Godine 1889, Prva međunarodna konferencija o metrologiji odobrila je repliku od legure platine i iridija najbližu arhivskom kilogramu kao međunarodni originalni kilogram. Težina "kilograma" definirana je cilindrom od legure platine i iridija (90% platine, 10% iridija), koji je približno 39 mm visine i promjera, a trenutno se čuva u podrumu na periferiji Pariza.

Međunarodni originalni kilogram

Od doba prosvjetiteljstva, geodetska zajednica je posvećena uspostavljanju univerzalnog sistema geodetskih mjerenja. Iako je korištenje fizičkog objekta kao referentne tačke mjerenja izvodljiv način, budući da se fizički objekat lako oštećuje ljudskim ili okolišnim faktorima, stabilnost će biti pogođena, a geodetska zajednica je oduvijek željela što prije napustiti ovu metodu.

Nakon što kilogram usvoji originalnu međunarodnu definiciju kilograma, postavlja se pitanje koje metrologe veoma brine: koliko je ova definicija stabilna? Hoće li se ona s vremenom mijenjati?

Treba reći da je ovo pitanje postavljeno na početku definicije jedinice mase kilogram. Na primjer, kada je kilogram definisan 1889. godine, Međunarodni biro za tegove i mjere proizveo je 7 kilogramskih tegova od legure platine i iridija, od kojih je jedan Međunarodni biro za tegove i mjere. Originalni kilogram se koristi za definisanje jedinice mase kilogram, a ostalih 6 tegova napravljenih od istog materijala i istog procesa koriste se kao sekundarne referentne vrijednosti za provjeru da li postoji pomak tokom vremena među njima.

Istovremeno, s razvojem visokoprecizne tehnologije, potrebna su nam i stabilnija i tačnija mjerenja. Stoga je predložen plan za redefiniranje međunarodne osnovne jedinice fizičkim konstantama. Korištenje konstanti za definiranje mjernih jedinica znači da će ove definicije zadovoljiti potrebe sljedeće generacije naučnih otkrića.

Prema službenim podacima Međunarodnog biroa za tegove i mjere, u 100 godina, od 1889. do 2014. godine, konzistentnost kvalitete drugih originalnih kilograma i međunarodnog originalnog kilograma promijenila se za oko 50 mikrograma. To pokazuje da postoji problem sa stabilnošću fizičkog mjerila jedinice kvalitete. Iako promjena od 50 mikrograma zvuči mala, ona ima veliki utjecaj na neke vrhunske industrije.

Ako se osnovne fizičke konstante koriste za zamjenu kilograma kao fizičke referentne vrijednosti, stabilnost jedinice mase neće biti pogođena prostorom i vremenom. Stoga je 2005. godine Međunarodni komitet za tegove i mjere sastavio okvir za korištenje osnovnih fizičkih konstanti za definiranje nekih osnovnih jedinica Međunarodnog sistema jedinica. Preporučuje se da se Planckova konstanta koristi za definiranje jedinice mase kilogram, a kompetentne laboratorije na nacionalnom nivou se podstiču da provode srodni naučno-istraživački rad.

Stoga su na Međunarodnoj konferenciji o metrologiji 2018. godine naučnici glasali za zvanično povlačenje međunarodnog prototipa kilograma i promijenili Planckovu konstantu (simbol h) kao novi standard kako bi redefinirali „kg“.