Co jest cięższe: kilogram pierza, czy kilogram gwoździ? Zagadka ta jest chyba stara jak sam kilogram i zakłada, że kilogram to zawsze kilogram. Tym czasem nie jest to prawda. Jak to zatem możliwe, że kilogram się zmienia? Wynika to z samego sposobu w jaki została zdefiniowana masa jednego kilograma.
Definicja kilograma nie opiera się bowiem na żadnej niezmiennej stałej fizycznej. Choć początkowo miał on być zdefiniowany jako masa litra wody w temperaturze 0oC, to ostatecznie postanowiono wszystko popsuć i określić go jako masę wzorcowego odważnika. Pomimo, że pomysł był beznadziejny, to chwycił. W międzyczasie zastąpiono pierwotny wzorzec trwalszym (ciekawe, na ile dokładnie mającym tę samą masę), wykonanym ze stopu platyny i irydu.
Taki wzorzec kilograma, na bazie którego wykonano kolejne wzorce, leży w piwnicy we Francji w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag. Pomimo że wraz z sześcioma niby-bliźniaczymi zamknięte są pod szklanymi kloszami w atmosferze ochronnej, to kontrolne ważenia wykonywane co kilkadziesiąt lat wykazują, że ich masa z czasem rośnie. Różnice nie są duże, ale wystarczą żeby zaniepokoić naukowców.
Dlatego też postanowiono kilogram zdefiniować na nowo. Chociaż konferencja na której znowelizowany zostanie cały układ SI (Système international d’unités – Międzynarodowy Układ Jednostek Miar) odbędzie się dopiero w 2018 roku, to już w tym roku osiągnięto najważniejszy krok na tej drodze – dwiema różnymi metodami wyznaczono niemal identyczną wartość kilograma (pośrednio, na podstawie stałej Plancka, ale nie to jest najważniejsze).
Pierwsza metoda opiera się na określeniu ilości atomów krzemu (izotop 28Si) w kuli o masie 1kg. Jako że kryształy krzemu mają bardzo regularną budowę, wystarczy zmierzyć średnicę krzemowej kuli, żeby bardzo dokładnie móc określić ile atomów zawiera. Druga natomiast wykorzystuje urządzenie znane jako watt balance. Jest to rodzaj wagi, która mierzy masę na podstawie napięcia i natężenia prądu potrzebnych do jej utrzymania. Jako że zarówno napięcie jak i natężenie definiowane są na podstawie stałych fizycznych, pozwala na dokładny pomiar bez odwoływania się do wzorca masy.
Pomiary dokonane obiema metodami dały wyniki zgodne ze sobą co do 12 części na miliard. Jeżeli Generalna Konferencja Miar uzna te pomiary za wystarczająco dokładne, to w końcu otrzymamy definicję kilograma niezależną od kawałka metalu.
[źródło i grafika: sciencealert.com]
