En kort historia om kilogrammet och varför forskare är redo att revidera det
Det var tänkt att vara ett mätsystem för alla människor, på alla platser och i alla tider – ett system som använde den naturliga världen som grund. Men under de århundraden som gått sedan kung Ludvig XVI av Frankrike först gav en grupp vetenskapsmän i uppdrag att hjälpa honom att utveckla ett nytt mätsystem har många av grunderna för det metriska systemet visat sig vara fundamentalt osäkra. Få delar av systemet har varit mer problematiska än mätstandarden för kilogrammet, som kan komma att förändras för gott efter en omröstning denna vecka vid den årliga allmänna konferensen om mått och vikt.
Delegaterna verkar sannolikt välja ett nytt mätsystem, definierat i termer av en elektrisk ström, som grund för kilogrammet. För att förstå varför är det bra att gå tillbaka i historien.
För kilogrammet fanns det ”graven”. Detta, föreslog kungen i slutet av 1700-talet, skulle vara ett standardmått baserat på vikten av en liter vatten strax över fryspunkten. (För att hitta dess ”sanna massa” skulle det vägas i ett vakuum.) Detta omistliga mått döptes så småningom om till kilogram, med grammet – en tusendel av dess vikt – som nyckelenhet.
Men det fanns några problem med tillvägagångssättet. Till att börja med är det i princip omöjligt att väga ett öppet kärl med vätska i vakuum – och lufttrycket har en betydande inverkan på massan. När forskare försökte väga om en decimeter vatten år 1799 var slutresultatet bara 99,92072 % av massan i det provisoriska kilogram som gjorts fyra år tidigare. En sådan felmarginal krävde någon annan absolut standard som kärnmätning, och som inte skulle påverkas av någonting, inte minst av de nyckfulla egenskaperna hos luften som omger den.
Lösningen kom ett sekel senare, i form av en liten metallcylinder tillverkad av platina och iridium. Detta var slutligen ur-kilogrammet, det ultimata kilogrammet, det okränkbara kilogrammet. Det skulle hållas borta från horderna, placeras under en rysk docka-liknande serie klockburkar och låsas in i ett valv i utkanten av Paris. (Dussintals kopior skulle förvaras på andra ställen och användas för att standardisera enskilda nationers vikt- och mätsystem.)
Under de senaste 129 åren har originalet från Paris – den internationella prototypen av kilogrammet – tjänat som grund för det vi känner till som kilogrammet. Ibland tas det ut och vägs, vilket man kan göra med alla internationella måttstandarder. Men även om det per definition alltid väger ett kilo verkar IPK ha förlorat massa i förhållande till massan av kopiorna. Teorierna är många; kanske har kopiorna absorberat luftmolekyler, eller så har tekniker som hanterar originalet rengjort det för kraftigt och rakat bort en och annan atom.
Många metrologer verkar både övertygade och irriterade över den nuvarande kilogrammätningens oduglighet. Stephan Schlamminger, fysiker vid USA:s National Institute of Standards and Technology, berättade för Guardian: ”Om utomjordingar någonsin besöker jorden, vad skulle vi då prata om annat än fysik? Om vi vill prata om fysik måste vi komma överens om en uppsättning enheter, men om vi säger att vår enhet för massa är baserad på en metallklump som vi förvarar i Paris kommer vi att bli utskrattade av universum.”
Den här veckans tunga omröstning kan för gott ta bort den sekelgamla vördnaden för detta unika metallblock.