Nowy wzorzec kilograma

Fot. GregL
Kilogram to dziwna jednostka. Po pierwsze, jest jedyną jednostką podstawową o przedrostku "kilo" (tak, podstawową nie jest gram, a własnie kilogram). Po drugie, sama definicja kilograma zmieniała się parę razy. Po trzecie - wzorzec tej jednostki to ponad stuletni kawałek metalu. Sami przyznacie, że to mocno archaiczny pomysł.

Od 130 lat wzorcem kilograma jest metalowy cylinder wykonany ze stopu platyny i irydu, przechowywany w sejfie Międzynarodowego Biura Miar i Wag w Sèvres koło Paryża. 20 maja ów wzorzec przechodzi do lamusa. Po raz pierwszy wszystkie podstawowe jednostki miar i wag zostały oficjalnie zdefiniowane w kategoriach właściwości atomowych i podstawowych stałych fizycznych, a nie konkretnych, stworzonych przez człowieka obiektów. Problemem w dotychczasowym systemie była nie tylko frustracja naukowców, ale też sam obiekt wzorcowy. Pomimo największych środków ostrożności, za każdym razem, gdy sięgano po cylinder, na przykład po to, by porównać go z inną jednostką, która mogłaby być następnie użyta do kalibracji instrumentów – walec „tracił” kilka atomów. Jego masa ulegała więc nieznacznemu zmniejszeniu. Szacuje się, że w ciągu całej swojej „kariery” metalowy walec stracił około 50 mikrogramów.

Po sieci od dawna krąży taki żart: Podczas pierwszego kontaktu ludzkości z obcą, inteligentną cywilizacją komunikacja schodzi na miary i wagi. „Jak mierzycie czas?” – pytają kosmici. „Liczymy czas przejścia między dwoma stanami izotopu cezu-133 i mnożymy to przez 9192631770, aby otrzymać jednostkę zwaną sekundą” – odpowiadają dumnie Ziemianie. „Rozumiemy, a co z odległością?”. „To metr – dystans, jaki pokonuje światło w próżni w ciągu 1/299792458 sekundy”. „Super! A jednostka masy?”. Tu po stronie Ziemian zapada cisza. „Mamy… taki kawałek metalu. Trzymamy go w sejfie, we Francji, pod Paryżem… Jak do nas przylecicie, to będziecie mogli go sobie obejrzeć, ale nie wolno go dotknąć, bo się popsuje”. Ten żart właśnie przestał być aktualny.

Francuski wzorzec ma swoje oficjalne kopie w wielu krajach. Na zdjęciu kopia wzorcowa z USA (fot. NIST)

Teraz, zamiast kawałka metalu, obowiązuje nowa definicja kilograma. Została ona ustalona podczas 26. Generalnej Konferencji Miar w 2018 roku i zaczyna obowiązywać od 20 maja 2019 roku. „Nowy” kilogram wyliczany jest w oparciu o naturalną stałą, jaką jest tzw. stała Plancka. Ta stała wiąże energię fotonu z jego częstotliwością.

Jak podaje polski Główny Urząd Miar: Kilogram, oznaczenie kg, to jednostka masy SI. Jest ona zdefiniowana poprzez ustaloną wartość liczbową stałej Plancka h, wynoszącą 6.62607015×10−34, wyrażoną w jednostce J⋅s, która jest równa kg x m2 x s−1, przy czym metr i sekunda określone są poprzez c oraz ΔνCs.

Co ta zmiana wnosi do życia przeciętnego człowieka? Otóż… nic. Zdecydowana większość wag, z których korzystamy, nie zbliża się nawet do poziomu dokładności, które wykluczają stosowanie metalowego w zastosowaniach naukowych. Nauka zresztą już wcześniej przestała odnosić się do znajdującego się we Francji metalowego walca. Istnieją dwie znane metody pomiaru mas z wielką precyzją. Są one znane jako równowaga Kibble’a i sfera krzemowa z pojedynczego kryształu. Obie są technikami, które laboratoria na całym świecie mogą stosować, aby zapewnić precyzyjny standard pomiarów masy, bez konieczności korelowania swoich pomiarów z konkretnym obiektem fizycznym. Poza kilogramem wchodzą dziś w życie nowe definicje innych jednostek: ampera, kelwina i mola. Amper będzie wyliczany w oparciu o ładunek elementarny, kelwin dzięki stałej Boltzmanna, a mol za pomocą stałej Avogadra. | CHIP

Close

Choć staramy się je ograniczać, wykorzystujemy mechanizmy takie jak ciasteczka, które pozwalają naszym partnerom na śledzenie Twojego zachowania w sieci. Dowiedz się więcej.