Hoeveel weegt een kilogram? Wetenschappers onderzoeken dit ogenschijnlijk eenvoudige probleem al honderden jaren.
In 1795 vaardigde Frankrijk een wet uit die ‘gram’ voorschreef als ‘het absolute gewicht van water in een kubus waarvan het volume gelijk is aan een honderdste van een meter bij de temperatuur wanneer het ijs smelt (dat wil zeggen, 0°C)’. In 1799 ontdekten wetenschappers dat het watervolume het meest stabiel is wanneer de dichtheid van water het hoogst is bij 4°C. Daarom is de definitie van de kilogram veranderd in ‘de massa van 1 kubieke decimeter zuiver water bij 4°C’. ”. Dit leverde een originele kilogram van puur platina op, de kilogram wordt gedefinieerd als gelijk aan zijn massa, die de archiefkilogram wordt genoemd.
Deze archiefkilogram wordt al 90 jaar als maatstaf gebruikt. In 1889 keurde de Eerste Internationale Conferentie over Metrologie een replica van een platina-iridiumlegering goed die het dichtst bij de archiefkilogram lag als de internationale originele kilogram. Het gewicht van “kilogram” wordt gedefinieerd door een cilinder van een platina-iridiumlegering (90% platina, 10% iridium), die ongeveer 39 mm hoog en in diameter is en momenteel wordt opgeslagen in een kelder aan de rand van Parijs.
Internationale originele kilogram
Sinds het tijdperk van de Verlichting heeft de landmeetkundige gemeenschap zich gecommitteerd aan het opzetten van een universeel enquêtesysteem. Hoewel het een haalbare manier is om het fysieke object als meetbenchmark te gebruiken, zal de stabiliteit worden aangetast, omdat het fysieke object gemakkelijk kan worden beschadigd door door de mens veroorzaakte of omgevingsfactoren. De meetgemeenschap heeft deze methode altijd al willen verlaten zodra mogelijk.
Nadat de kilogram de internationale oorspronkelijke kilogramdefinitie heeft overgenomen, is er een vraag waar metrologen zich grote zorgen over maken: hoe stabiel is deze definitie? Zal het na verloop van tijd verschuiven?
Het moet gezegd worden dat deze vraag aan het begin van de definitie van de massa-eenheid kilogram werd gesteld. Toen de kilogram bijvoorbeeld in 1889 werd gedefinieerd, produceerde het International Bureau of Weights and Measures 7 kilogramgewichten uit een platina-iridiumlegering, waarvan er één de International is. De oorspronkelijke kilogram wordt gebruikt om de massa-eenheid kilogram te definiëren, en de andere zes gewichten gemaakt van hetzelfde materiaal en hetzelfde proces worden gebruikt als secundaire benchmarks om te controleren of er in de loop van de tijd sprake is van verschuiving tussen elkaar.
Tegelijkertijd hebben we met de ontwikkeling van uiterst nauwkeurige technologie ook stabielere en nauwkeurigere metingen nodig. Daarom werd een plan voorgesteld om de internationale basiseenheid met fysieke constanten opnieuw te definiëren. Het gebruik van constanten om meeteenheden te definiëren betekent dat deze definities zullen voldoen aan de behoeften van de volgende generatie wetenschappelijke ontdekkingen.
Volgens de officiële gegevens van het International Bureau of Weights and Measures is in de honderd jaar van 1889 tot 2014 de kwaliteitsconsistentie van andere originele kilogrammen en de internationale originele kilogram met ongeveer 50 microgram veranderd. Hieruit blijkt dat er een probleem is met de stabiliteit van de fysieke benchmark van de kwaliteitseenheid. Hoewel de verandering van 50 microgram klein klinkt, heeft deze een grote impact op sommige hoogwaardige industrieën.
Als de fysische basisconstanten worden gebruikt ter vervanging van de fysieke maatstaf in kilogram, wordt de stabiliteit van de massa-eenheid niet beïnvloed door ruimte en tijd. Daarom heeft het Internationale Comité voor Gewichten en Maatregelen in 2005 een raamwerk opgesteld voor het gebruik van fysische basisconstanten om enkele basiseenheden van het Internationale Systeem van Eenheden te definiëren. Het wordt aanbevolen om de constante van Planck te gebruiken om de massa-eenheid kilogram te definiëren, en bevoegde laboratoria op nationaal niveau worden aangemoedigd om gerelateerd wetenschappelijk onderzoek uit te voeren.
Daarom stemden wetenschappers op de Internationale Conferentie over Metrologie van 2018 voor het officieel buiten gebruik stellen van het internationale prototype kilogram, en veranderden ze de Planck-constante (symbool h) als de nieuwe standaard om de “kg” opnieuw te definiëren.
Posttijd: mrt-05-2021