Prenumerata cyfrowa TOK FM i Wyborcza.pl - pierwszy taki dwupak! Do kupienia prosto i wygodnie, a do tego 50% taniej. Sprawdź szczegóły >>>
Do tej pory wzorcem kilograma był wykonany ze stopu platyny i irytu, szczelnie chroniony przed czynnikami zewnętrznymi walec, przechowywany w sejfie Międzynarodowego Biura Miar i Wag. Jednak naukowcy z 60 krajów świata na naradzie w Wersalu stwierdzili, że należy znaleźć inny sposób na wyznaczanie kilograma idealnego.
Teraz jego wzór ma być obliczany w oparciu o stałe wartości fizyczne, niezmienne w czasie i przestrzeni: stałą Plancka, prędkość światła i częstotliwość cezu. Co ciekawe, na prędkości światła opiera się już definicja metra, zaś na częstotliwości cezu - wzór sekundy.
Kilogram w ostatnim czasie był ostatnią z siedmiu jednostek podstawowych układu SI (Międzynarodowego Układu Jednostek Miar), opartą na wzorcu materialnym - artefakcie. Poza sekundą i metrem, również kandela (światłość), amper (prąd elektryczny), kelwin (temperatura) oraz mol (liczność materii) były wywodzone ze stałych fizycznych. Co ciekawe, trzy ostatnie jednostki również zyskają w maju przyszłego roku nową definicję.
Kilogram zmienił się za bardzo
Dlaczego zdecydowano się poszukać innego sposobu wyznaczania kilograma? Okazało się, że walec z Sèvres nieco się zmniejszył. - W ciągu kilkudziesięciu lat doszło do zmiany wielkości 50 mikrogramów, czyli o 50 miliardowych części kilograma. Ta zmiana była za duża, dlatego trzeba było pomyśleć o nowej definicji - wyjaśniał dr Jerzy Borzymiński z Głównego Urzędu Miar, który był gościem TOK FM. Przy czym, jak przyznał, nie wyjaśniono, co wywołało tę zmianę.
Dr Borzymiński wyjaśniał, że zmiana sposobu wyznaczania kilograma w codziennym życiu będzie nieodczuwalna. - Natomiast będzie to miało istotny, chociaż dla laika trudny do dostrzeżenia, wpływ na pomiary najwyższej dokładności: bardzo małych mas i wielkich mas - mówił.
Jednostka zawarta we wzorze
Gość Filipa Kekusza wyjaśniał, że czym innym jest definicja jednostki, a czym innym jej realizacja. - Mamy tu odważnik. Aby móc go porównać, z wzorcem międzynarodowym, musimy mieć coś, z czym on się da porównać. I w związku z przyjęciem nowej definicji kilograma, Międzynarodowe Biuro Miar sugeruje dwie tzw. realizacje pierwotne - tłumaczył dr Borzymiński. Pierwszą z nich jest waga prądowa Kibble'a, a drugą - kula krzemowa wykonana z monokryształu. - Dopiero te realizacje będą umożliwiały ustanowienie wzorców pierwotnych i później - przez sieć wzorcowań - wartość na nowo zdefiniowanego kilograma będzie przekazywana i upowszechniana - wyjaśniał ekspert.
Warto przyjrzeć się wadze prądowej Kibble'a, bo to ona zostanie wykorzystana do zważenia walca przechowywanego pod trzema szklanymi pokrywami. Waga prądowa absolutnie nie przypomina swoim wyglądem wag, które znamy z przeszłości (szalkowych) czy nawet tych współczesnych. Działa ona na zasadzie porównania, ale nie dwóch przedmiotów, a przedmiotu oraz energii potrzebnej do jego zrównoważenia.
Ważenie walca będzie miało wielkie znaczenie. - Stała Plancka, która do tej pory była wyznaczana doświadczalnie i jej ustalona wartość miała pewną niepewność, została teraz uznana za wartość ustaloną i dokładną. Natomiast ta niepewność zostanie przypisana dawnemu wzorcowi kilograma. Od tej pory nie będzie on już wzorcowym kilogramem, tylko kilogramem plus niepewność - wyjaśniał dr Borzymiński.
"Definiując nowy układ SI, sięgamy daleko, nawet poza nasz układ słoneczny, po fizyczne stałe podstawowe, które są, w skali wszechświata, uniwersalne. Gdy rewolucja się dokona, wszystkie jednostki miary, i te podstawowe i te pochodne z nich wyprowadzone, będą oparte na filarach naszego świata - stałych podstawowych. Nauka i technologia nie będą już dłużej ograniczane zmieniającymi się wzorcami materialnymi. Co więcej, postęp w nauce i technice, który pozwoli na konstruowanie coraz lepszych przyrządów pomiarowych i pozwali na odtwarzanie jednostek miar z coraz większą dokładnością, nie będzie skutkował koniecznością wprowadzania kolejnych redefinicji" - czytamy na stronie Głównego Urzędu Miar w opracowaniu poświęconym zmianom w układzie SI.
