Hoeveel weegt een kilogram? Wetenschappers hebben zich al honderden jaren gebogen over deze ogenschijnlijk eenvoudige vraag.
In 1795 vaardigde Frankrijk een wet uit die de "gram" definieerde als "het absolute gewicht van water in een kubus waarvan het volume gelijk is aan een honderdste van een meter bij de temperatuur waarbij ijs smelt (dat wil zeggen 0°C)". In 1799 ontdekten wetenschappers dat het volume van water het meest stabiel is wanneer de dichtheid van water het hoogst is bij 4°C. Daarom werd de definitie van de kilogram gewijzigd in "de massa van 1 kubieke decimeter zuiver water bij 4°C". Dit resulteerde in de oorspronkelijke kilogram, gedefinieerd als gelijk aan zijn massa, die bekendstaat als de archiefkilogram.
Deze archiefkilogram wordt al 90 jaar als referentiepunt gebruikt. In 1889 keurde de Eerste Internationale Metrologieconferentie een replica van een platina-iridiumlegering, die het dichtst bij de archiefkilogram kwam, goed als de internationale originele kilogram. Het gewicht van de "kilogram" wordt gedefinieerd door een cilinder van een platina-iridiumlegering (90% platina, 10% iridium), met een hoogte en diameter van ongeveer 39 mm, die momenteel wordt bewaard in een kelder aan de rand van Parijs.
Internationale originele kilogram
Sinds de Verlichting streeft de landmeetkundige gemeenschap ernaar een universeel meetsysteem te ontwikkelen. Hoewel het gebruik van fysieke objecten als meetreferentiepunten een haalbare methode is, is de stabiliteit van fysieke objecten aangetast doordat ze gemakkelijk beschadigd raken door menselijke of omgevingsfactoren. Daarom heeft de meetkundige gemeenschap er altijd naar gestreefd deze methode zo snel mogelijk te verlaten.
Nadat de kilogram de internationale oorspronkelijke definitie van de kilogram heeft overgenomen, rijst er een vraag waar metrologen zich grote zorgen over maken: hoe stabiel is deze definitie? Zal deze in de loop der tijd veranderen?
Het is belangrijk te vermelden dat deze vraag al aan de orde kwam bij de definitie van de massa-eenheid kilogram. Toen de kilogram bijvoorbeeld in 1889 werd gedefinieerd, produceerde het Internationale Bureau voor Gewichten en Maten zeven kilogramgewichten van een platina-iridiumlegering. Een daarvan, het oorspronkelijke internationale kilogramgewicht, werd gebruikt om de massa-eenheid kilogram te definiëren. De andere zes gewichten, gemaakt van hetzelfde materiaal en volgens hetzelfde proces, dienden als secundaire referentiepunten om te controleren of er in de loop der tijd afwijkingen tussen de gewichten optraden.
Tegelijkertijd hebben we, met de ontwikkeling van uiterst precieze technologie, ook behoefte aan stabielere en nauwkeurigere metingen. Daarom is er een plan voorgesteld om de internationale basiseenheid opnieuw te definiëren met behulp van fysische constanten. Het gebruik van constanten voor de definitie van meeteenheden betekent dat deze definities zullen voldoen aan de behoeften van de volgende generatie wetenschappelijke ontdekkingen.
Volgens officiële gegevens van het Internationale Bureau voor Gewichten en Maten is de kwaliteitsconsistentie tussen andere oorspronkelijke kilogrammen en de internationale oorspronkelijke kilogram in de periode van 1889 tot 2014 met ongeveer 50 microgram veranderd. Dit wijst op een probleem met de stabiliteit van de fysieke referentiewaarde van de kwaliteitseenheid. Hoewel een verschil van 50 microgram klein lijkt, heeft het een grote impact op bepaalde hoogwaardige industrieën.
Als de fundamentele natuurkundige constanten worden gebruikt ter vervanging van de kilogram als fysieke referentieeenheid, zal de stabiliteit van de massa-eenheid niet worden beïnvloed door ruimte en tijd. Daarom heeft het Internationaal Comité voor Gewichten en Maten in 2005 een kader opgesteld voor het gebruik van fundamentele natuurkundige constanten om enkele basiseenheden van het Internationale Stelsel van Eenheden te definiëren. Het wordt aanbevolen om de constante van Planck te gebruiken voor de definitie van de massa-eenheid kilogram, en bevoegde nationale laboratoria worden aangemoedigd om gerelateerd wetenschappelijk onderzoek uit te voeren.
Daarom stemden wetenschappers tijdens de Internationale Conferentie over Metrologie van 2018 ervoor om het internationale prototype kilogram officieel buiten gebruik te stellen en de constante van Planck (symbool h) als nieuwe standaard te gebruiken om de "kg" opnieuw te definiëren.
Geplaatst op: 05-03-2021