Krótka historia kilograma i dlaczego naukowcy są gotowi go zrewidować
Miał to być system miar dla wszystkich ludzi, we wszystkich miejscach, przez cały czas – taki, który jako podstawę wykorzystywał świat przyrody. Jednak w ciągu stuleci, które upłynęły od czasu, gdy król Francji Ludwik XVI zlecił grupie naukowców opracowanie nowego systemu miar, okazało się, że wiele z podstaw systemu metrycznego jest fundamentalnie błędnych. Niewiele cech systemu było bardziej kłopotliwych niż standard pomiaru kilograma, który może się zmienić na dobre po głosowaniu, które odbędzie się w tym tygodniu na dorocznej Generalnej Konferencji Miar i Wag.
Delegaci prawdopodobnie opowiedzą się za nowym systemem pomiarowym, zdefiniowanym w kategoriach prądu elektrycznego, jako podstawą dla kilograma. Aby zrozumieć dlaczego, warto cofnąć się w historii.
Przed kilogramem, był „grób”. To, król zaproponował w późnych latach 1700, byłby standardowy pomiar oparty na wadze litra wody tuż powyżej punktu zamarzania. (Aby znaleźć jej „prawdziwą masę”, należałoby ją zważyć w próżni.) Ta niezbywalna miara została ostatecznie przemianowana na kilogram, a gram – jedna tysięczna jej wagi – stał się kluczową jednostką.
Ale było kilka problemów z tym podejściem. Po pierwsze, zasadniczo niemożliwe jest zważenie otwartego naczynia z cieczą w próżni, a ciśnienie powietrza ma znaczący wpływ na masę. Kiedy w 1799 roku naukowcy próbowali ponownie zważyć decymetr wody, ostateczny wynik stanowił zaledwie 99,92072% masy prowizorycznego kilograma ustalonego cztery lata wcześniej. Taki margines błędu wymagał jakiegoś innego absolutnego standardu jako podstawowego pomiaru, i to takiego, na który nic nie miałoby wpływu, nie tylko kaprysy powietrza, które go otacza.
Rozwiązanie przyszło wiek później, w postaci małego metalowego cylindra wykonanego z platyny i irydu. Był to wreszcie ur-kilogram, kilogram ostateczny, kilogram nienaruszalny. Miał być trzymany z dala od hord, umieszczony pod przypominającą rosyjską lalkę serią dzwoneczków i zamknięty w skarbcu na obrzeżach Paryża. (Dziesiątki kopii byłyby przechowywane gdzie indziej i używane do standaryzacji systemów miar i wag poszczególnych narodów.)
Przez ostatnie 129 lat paryski oryginał – Międzynarodowy Prototyp Kilogramu – służył jako podstawa tego, co znamy jako kilogram. Od czasu do czasu jest on wyjmowany i ważony, jak to można zrobić z każdym międzynarodowym wzorcem miary. Jednak, choć z definicji zawsze waży jeden kilogram, wydaje się, że IPK stracił na masie w stosunku do masy kopii. Teorii jest wiele; może kopie wchłonęły cząsteczki powietrza, a może technicy zajmujący się oryginałem wyczyścili go zbyt energicznie i pozbawili go dziwnego atomu.
Wielu metrologów wydaje się być zarówno przekonanych, jak i zirytowanych nieudolnością obecnej miary kilograma. Jak powiedział „Guardianowi” Stephan Schlamminger, fizyk z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii: „Jeśli kosmici kiedykolwiek odwiedzą Ziemię, o czym innym mielibyśmy rozmawiać niż o fizyce? Jeśli chcemy rozmawiać o fizyce, musimy zgodzić się na zestaw jednostek, ale jeśli powiemy, że nasza jednostka masy opiera się na bryle metalu, którą trzymamy w Paryżu, będziemy pośmiewiskiem wszechświata.”
Ważne głosowanie w tym tygodniu może na dobre pozbawić nas stuletniego szacunku dla tego pojedynczego bloku metalu.