Kilogramul este pentru totdeauna modificat. Iată de ce aceasta contează.

De la cântarele de baie la balanțele medicale de laborator, standardul de masă se bazează acum pe o valoare ce este „împletită în țesătura universului”.

Sigilat sub un trio de vase de sticlă în formă de clopote, cilindrul metalic strălucitor se află într-o boltă cu o temperatură controlată în interiorul Biroului Internațional de Greutăți şi Măsuri din Sèvres, Franța.

Vedeţi şi: Curiozităţi despre Franţa, date şi informaţii interesante

Poreclit Le Grande K, sau Big K, această bucată de platină şi iridiu a definit masa de pe tot globul mai mult de un secol — începând cu cântarele de baie şi terminând cu balanţele medicale de laborator.

Dar totul este în curs să se schimbe.

Recent, reprezentanții a mai mult de 60 de ţări au votat în cadrul celei de-a 26-a ședințe a Conferinței Generale privind Greutățile şi Măsurile din Versailles, Franța, pentru a redefini kilogramul.

În loc să se bazeze pe unităţi precum acest obiect fizic, de acum înainte, măsura se va baza pe un factor fundamental din fizică, cunoscut sub numele de constantă Planck.

Acest număr infinit de mic, ce începe cu 33 de zerouri după punctul zecimal, descrie comportamentul pachetelor elementare de lumină cunoscute sub numele de fotoni, aflate peste tot, de la pâlpâirea unei flăcării de lumânare, până la sclipirea stelelor deasupra capului.

„Această constantă fundamentală este împletită în țesătura universului”, spune Stephan Schlamminger (en), liderul echipei institutului Național de Standarde şi Tehnologie care, împreună cu o cohortă internaţională de oameni de știință, a lucrat la perfecționarea constantei lui Planck pentru a redefini kilogramului.

Cel mai important este că, această valoare va rămâne aceeași pentru totdeauna, indiferent de locație.

Vedeţi şi: 18 Cele mai mari întrebări şi fenomene din fizică rămase nesoluționate

O schimbare masivă

Kilogramul este una dintre cele șapte unități de bază a Sistemului Internaţional de Unități, care definesc toate celelalte măsuri.

(Celelalte şase unități de bază sunt metrul, secunda, molul, amperul, Kelvenul şi candela).

Este ușor să ignori importanţa unităţilor, însă aceste şapte stau la baza tuturor lucrurilor din universul nostru.

Ele asigură stabilitatea în industria prelucrătoare, comerț, inovații științifice şi multe altele.

Sistemul metric, care mai târziu a devenit Sistemul Internațional al Unităților, a fost conceput la sfârșitul anilor 1700, ca o modalitate de a face măsurile, „ceva pentru toate timpurile, toți oamenii”, spune Schlamminger (en).

Speranță era de a simplifica viaţa de zi cu zi într-o lume în care plecarea în alt oraş presupunea posibilitatea de a avea nevoie să înveți un alt sistem de măsuri.

Multe din aceste unităţi metrice timpurii se bazau pe lucruri din natură, explică Richard Davis, cercetător fizician emerit de la Biroul Internațional de Greutăți şi Măsuri, organizația care reglementează toate aspectele legate de măsurare.

Dar, în cele din urmă, acestea s-au dovedit a fi impracticabile.

De exemplu, metrul era definit ca 1/10 000 000 din distanţa de la Polul Nord la ecuator (en), ce trecea prin Paris.

Kilogramul era masa unui litru de apă distilată aflată la punctul ei de îngheț.

„Ei pur şi simplu nu aveau tehnologia sau știința necesară pentru a reuși”, spune Davis (en).

Deci, în iunie 1799, au fost forjate două standarde de platină — o tijă de un metru şi un cilindru de un kilogram, marcând crearea sistemului metric.

Pentru a mări stabilitatea lor, prototipurile au fost refăcute în 1899 dintr-un aliaj de platină-iridiu şi au fost depozitate sub lacăt şi cheie.

Însă, această dependenţă de obiectele fizice avea, de asemenea, propriile probleme.

„Un obiect material nu poate exista pentru totdeauna”, spune Schlamminger (en).

Ceştile de cafea se sparg; hainele se rup, țevile ruginesc.

Mai mult ca atât, încuiate într-o boltă, aceste obiecte desigur nu sunt accesibile „pentru toată lumea”.

În secolul următor, aceste obiecte fizice (en) au fost înlocuite unul câte unul cu constante fundamentale.

Kilogramul este unicul care a rezistat până acum.

Ani de pierdere de greutate

Cu excepția inaccesibilității sale, Big K şi-a făcut treaba.

Oamenii de știință au creat o serie de copii pentru a fi utilizate de cercetătorii din întreaga lume.

Doar de trei ori, în aproape 130 de ani, cercetătorii l-au eliberat pe Big K din seiful său, pentru a compara cilindrul prețios cu copiile sale.

Dar, cu fiecare comparație, oamenii de știință deveneau tot mai îngrijorați: Big K părea să piardă în greutate.

Comparativ cu copiile sale, cilindrul părea să devină din ce în ce mai ușor.

Sau, din cauza că, copiile lui au devenit progresiv mai grele.

Este imposibil să determinăm care a fost cazul, din moment ce Big K, prin definiție, are exact un kilogram.

Şi chiar dacă cineva ar fi șlefuit şi rade un colţ, Big K ar cântări în continuare un kilogram, iar kilogramele din întreaga lume ar trebui să se adapteze.

În sumă, masa lui Big K  diferă de cea a copiilor sale cu circa 50 micrograme — cu aproape masa unui bob de sare.

Şi, deşi, aceasta nu pare atât de semnificativ, este o problemă imensă pentru ramurile exacte precum medicina.

Şi, în cele din urmă, această pierdere afectează nu doar masa, ea prejudiciază orice alte unităţi, aşa ca Newtonul, care toate sunt definite în raport cu masa.

Cum are loc acest lucru?

Pentru a rezolva această pierdere de greutate, Conferința Generală privind Greutățile şi Măsurile a adoptat cu unanimitate o rezoluție în 2011, pentru a redefini kilogramul şi trei unităţi adiţionale — amperul, kelvinul şi molul (en) — bazându-se pe „invarianţii ale naturii”.

De atunci, oamenii de ştiinţă din întreaga lume au încercat să găsească o soluţie.

Au apărut două posibilități diferite pentru kilogram, ambele fiind legate de constanta lui Planck.

Prima se bazează pe ceva cunoscut sub numele de balanţa Kibble.

Ea este un pic asemănătoare cu balanţa clasică cu pivot, care, în esență, este o bară cu câte un talger suspendat pe ambele părți.

Pentru a măsura greutatea a ceva, plasați o masă cunoscută pe o parte şi obiectul ce prezintă interes pe cealaltă.

Datorită forţei gravitaționale, puteți afla cât de mult cântărește acest obiect în raport cu masa cunoscută.

În cazul balanţei Kibble, însă, unul dintre aceste talgere este în esenţă înlocuit cu o bobină într-un câmp magnetic.

Şi în loc de a utiliza forţa gravitațională pentru a echilibra masa, ea foloseşte o forță electromagnetică.

Prin compararea masei cu aspectele acestei forţe electromagnetice, oamenii de știință pot face măsurători exacte ale constantei lui Planck.

O altă soluție se bazează pe crearea unui alt obiect strălucitor: o sferă perfectă de siliciu cristalin-28.

Această idee se bazează pe o constantă cunoscută ca numele lui Avogadro, care definește numărul de atomi într-un mol ca fiind egal cu aproximativ 602 214 000 000 000 000 000 000.

Prin numărarea atomilor într-o sferă de siliciu de exact un kilogram, oamenii de ştiinţă pot determina cu o acuratețe extremă numărul lui Avogadro.

Acesta poate fi apoi convertit în constanta lui Planck.

Valoarea finală a constantei lui Planck este neimaginat de mică: 0,000000000000000000000000000000000662607015 metri-pătraţi-kilograme pe secundă.

Așteptarea a luat sfârșit

Cu aceste două metode, oamenii de ştiinţă pot măsura acum un kilogram cu o certitudine a unei părţi din 100 000 000 — o diferență care reprezintă aproximativ un sfert din greutatea unei gene, spune Shlamminger.

„Aşa stau lucrurile în știință — nu există nici un fel de perfecţiune”, spune el (en).

„Întotdeauna există efecte aleatorii şi întotdeauna persistă puţină împrăştiere. Şi trebuie să decideți: Este suficient de bun sau nu”?

Votul unanim sugerează că acest lucru este într-adevăr suficient de bun.

Modificarea va intra în vigoare pe 20 mai 2019.

„În acea zi, nu veţi observa nici o schimbare în viaţa voastră de zi cu zi”, spune Davis (en).

Vedeţi şi: Această tăbliţă babiloniană de argilă de 3700 de ani a schimbat istoria matematicii

Dar într-un fel sau altul, fiecare dimensiune pe planetă este conectată la standardul internațional al kilogramului.

În timp ce măsuratul făinii în bucătărie va rămâne același, noul standard va aduce schimbări în lumea fabricării componentelor auto, dezvoltării noilor medicamente şi creării instrumentelor ştiinţifice.

Votul de pe 16 noiembrie 2018, este remarcabil nu doar pentru precizia cu care vor putea efectuate măsurătorile de azi înainte, dar şi pentru cooperarea internaţională care stă la baza acestei lucrări.

După ce reprezentanții au aprobat cu unanimitate noua definiție, Sébastien Candel, președintele Academiei Franceze de Științe, a concluzionat:

Eu sper că acest lucru va fi, de asemenea, posibil pentru multe alte probleme din lume.