Minulosť a súčasnosť kilogramu

Koľko váži kilogram? Vedci skúmajú tento zdanlivo jednoduchý problém už stovky rokov.

V roku 1795 Francúzsko vydalo zákon, ktorý stanovil „gram“ ako „absolútnu hmotnosť vody v kocke, ktorej objem sa rovná jednej stotine metra pri teplote topenia ľadu (t. j. 0 °C). V roku 1799 vedci zistili, že objem vody je najstabilnejší, keď je hustota vody najvyššia pri 4 °C, a preto sa definícia kilogramu zmenila na „hmotnosť 1 kubického decimetra čistej vody pri 4 °C“. Takto vznikol pôvodný kilogram čistej platiny, kilogram sa definuje ako rovný jej hmotnosti, ktorá sa nazýva archívny kilogram.

Tento archívny kilogram sa používa ako referenčná hodnota už 90 rokov. V roku 1889 schválila prvá medzinárodná konferencia o metrológii repliku zo zliatiny platiny a irídia, ktorá sa najviac podobá archívnemu kilogramu, ako medzinárodný originálny kilogram. Hmotnosť „kilogramu“ je definovaná valcom zo zliatiny platiny a irídia (90 % platina, 10 % irídium), ktorý má výšku a priemer približne 39 mm a v súčasnosti je uložený v suteréne na okraji Paríža.

Medzinárodný originálny kilogram

Od čias osvietenstva sa geodetická komunita zaviazala k zavedeniu univerzálneho systému merania. Hoci je možné použiť fyzický objekt ako referenčný bod merania, pretože fyzický objekt sa ľahko poškodí človekom alebo environmentálnymi faktormi, bude to mať vplyv na jeho stabilitu a meracia komunita sa vždy snažila túto metódu čo najskôr opustiť.

Po prijatí pôvodnej medzinárodnej definície kilogramu pre kilogram vyvstáva otázka, ktorá metrológov veľmi znepokojuje: aká stabilná je táto definícia? Bude sa časom chýliť?

Treba povedať, že táto otázka bola nastolená na začiatku definície hmotnostnej jednotky kilogram. Napríklad, keď bol kilogram definovaný v roku 1889, Medzinárodný úrad pre váhy a miery vyrobil 7 kilogramových závaží zo zliatiny platiny a irídia, z ktorých jedno je Medzinárodný úrad pre váhy a miery. Pôvodný kilogram sa používa na definovanie hmotnostnej jednotky kilogram a ďalších 6 závaží vyrobených z rovnakého materiálu a rovnakého procesu sa používa ako sekundárne referenčné hodnoty na kontrolu, či medzi nimi existuje časový posun.

Zároveň s rozvojom vysoko presných technológií potrebujeme aj stabilnejšie a presnejšie merania. Preto bol navrhnutý plán na predefinovanie medzinárodnej základnej jednotky pomocou fyzikálnych konštánt. Použitie konštánt na definovanie merných jednotiek znamená, že tieto definície budú spĺňať potreby ďalšej generácie vedeckých objavov.

Podľa oficiálnych údajov Medzinárodného úradu pre váhy a miery sa za 100 rokov od roku 1889 do roku 2014 zmenila konzistentnosť kvality ostatných pôvodných kilogramov a medzinárodného pôvodného kilogramu približne o 50 mikrogramov. To ukazuje, že existuje problém so stabilitou fyzikálneho benchmarku jednotky kvality. Hoci zmena 50 mikrogramov znie ako malá, má veľký vplyv na niektoré špičkové odvetvia.

Ak sa základné fyzikálne konštanty použijú ako náhrada fyzikálneho referenčného bodu kilogram, stabilita hmotnostnej jednotky nebude ovplyvnená priestorom a časom. Preto v roku 2005 Medzinárodný výbor pre miery a váhy vypracoval rámec pre používanie základných fyzikálnych konštánt na definovanie niektorých základných jednotiek Medzinárodnej sústavy jednotiek. Odporúča sa, aby sa na definovanie hmotnostnej jednotky kilogram používala Planckova konštanta a kompetentné laboratóriá na národnej úrovni sa povzbudzujú k vykonávaniu súvisiacej vedeckej výskumnej práce.

Preto na Medzinárodnej konferencii o metrológii v roku 2018 vedci hlasovali za oficiálne vyradenie medzinárodného prototypu kilogramu a zmenili Planckovu konštantu (symbol h) ako nový štandard, aby predefinovali „kg“.