Að vera eða vera ekki kíló

Vísindamaður frönsku mælingastofnunarinnar BIPM við útjaðar Parísar hugar að kibble …
Vísindamaður frönsku mælingastofnunarinnar BIPM við útjaðar Parísar hugar að kibble voginni, rafvog sem mælir þunga hlutar af afar mikilli nákvæmni út frá styrkleika rafstraums og spennu. Frumgerð kílósins var framleidd á níunda áratug nítjándu aldarinnar og var 90% platína (pt) og 10% iridín (Ir). Í millitíðinni hefur BIPM framleitt rúmlega 80 eftirgerðir af Pt/Ir sívalningnum. AFP

Að vera eða vera ekki, það er spurningin, sagði Hamlet í samnefndu leikverki eftir Shakespeare. Spurði hvort betra væri að lifa eða deyja. Samskonar spurning blasti við kílógramminu í síðustu viku er ákveðið var að breyta skilgreiningu þess. Fékk það að deyja en var þó eiginlega gefið líf samstundis aftur, án þess að nokkur yrði þess var.

Í grafhvelfingu undir hertogahöllu í hlynskógi vestur af Parísarborg er varðveittur í innsigluðu rými hlutur á stærð við epli sem ákvarðar þyngd jarðarinnar. Mótaður með vísindalegt og pólitískt umrót í kjölfar Frönsku byltingarinnar að bakgrunni hefur litli platínu- og iridín-hólkurinn hvílt þar. Að mestu hefur hann verið látinn í friði síðustu 130 árin, þessi nákvæma viðmiðun fyrir kílógramm.

Hin alþjóðlega frumgerð kílósins, „Le Grand K“ eða Stóra K eins og það er þekkt fyrir að vera, er ein af helgustu menjum vísindanna; hlutur sem allar aðrar þyngdir eru bornar saman við – og tótem metrakerfisins sem kom til sögunnar á tímabili frelsis, jafnréttis og bræðralags.

Vegsamaður sívalningur

Svo dýrt hefur sívalningurinn verið vegsamaður að hann hefur aðeins fjórum sinnum verið vigtaður frá 1889. Og hvelfinguna í Pavillion de Breteuil-höllinni, sem geymir hann, má einungis opna þegar þrír handhafar lyklanna að henni snúa lásnum samtímis. Verða þeir að vera af þremur mismunandi þjóðernum.

En nú er svo komið að sívalningurinn er að missa einstaka stöðu sína.

Hundruð vísindamanna hvarvetna að úr heiminum skunduðu í síðustu viku til Versala á 26. allsherjarráðstefnuna um mál og vog. Þar stóð til að skipta Stóra K-inu út fyrir allsherjarformúlu sem skilgreinir kílógramm á grundvelli skammtasviðsfræðinnar. Með því myndu þeir standa við heit sem gefin voru við stofnun metrakerfisins um að viðhalda einu kerfi í þágu alls fólks.

„Kílógrammið er síðasta mælieiningin sem grundvallast af efnislegum hlut,“ sagði Thomas Grenon, framkvæmdastjóri frönsku mælingafræðistofnunarinnar, í aðdraganda ráðstefnunnar í glæsisölum Versala. „Vandinn er að kílóið hefur átt líf, það gat sveiflast að vog. Sem er ekki viðunandi miðað við þá nákvæmni sem við gerum kröfur til nú til dags.“

Hvað er í sekúndu?

Þegar metrakerfið kom til sögunnar seint á 18. öld varð það hlutskipti vísindamanna að kerfisbinda, skrá og setja í skipulegt kerfi, eina formgerð sem tjáði vegalengd, tíma, rafmagnsferla og efnismassa í svipuðum yfirfæranlegum mælieiningum. Þeir skilgreindu metra sem einn tugmilljónasta úr fjórðungsgeira kvaðrants jarðar þar sem hann rann gegnum París.

„Við horfum nú um öxl og getum sagt að ferlið sem þeir fóru í gegnum var tiltölulega gott og við myndum ekki fara mjög ólíkt að í dag,“ sagði Martin Milton, forstjóri frönsku stofnunarinnar BIPM, (Bureau International des Poids et Mesures), sem er alþjóðlegur verndari mælikerfa jarðarbúa.

Metrinn var brúkaður til að skilgreina efnismagn; hversu mikið rúmdesímetri (10 cm x 10 cm x 10 cm) af vatni vó. Upp frá því var sá massi nefndur kílógramm.

Vísindunum hefur fleygt fram frá því á dögum byltingarinnar í París 1789.

Metrinn er nú skilgreindur út frá því hversu langt ljós ferðast í tómarúmi á broti úr sekúndu. Sjálf sekúndan var skilgreind með skírskotun í snúning jarðar en frá 1960 hefur hún opinberlega verið skilgreind sem tíminn sem það tekur sesín-133 atóm að gjögta nákvæmlega 9.192.631.770 sinnum, hvorki oftar né sjaldnar.

Í staðinn fyrir að rekja það til efnismagns einstaks hlutar verður kílóið í framtíðinni skilgreint á grunni Planck-fastans sem hlutfall af skammtaorku sem tíðni ljóss getur borið til þessarar sömu tíðni, eða 6.626 x 10-34 joule-sekúndur.

Orka tengist efni eðlislægt, eins og Einstein sýndi fram á með jöfnunni E = mc2.

Milljón sinnum stöðugra

Planck-fastann ásamt tveimur skammtafræðifyrirbærum sem gera ráð fyrir myndun raforku, er hægt að nota til að útreikna massa á sömu vélrænu orkunni og þarf til að færa hann úr stað.

„Ýtir þú við massa er orkan sem þarf til þess háð honum. Hana má byggja algjörlega á raforku sem skammtaorku fastarnir leggja okkur til,“ sagði Milton við AFP. Fylgjendur þessarar nálgunar segja útkomuna að minnsta kosti milljón sinnum stöðugri en efnislæg mannasmíði og muni hafa víðtækt notagildi í framtíðinni.

„Fyrir margan búnaðinn er kílógramm afar mikill massi,“ sagði Milton.

Framfarir í lyfja- og efnaframleiðslu hafa leitt til þess að íblöndunarefni lyfja eru í vaxandi mæli mæld í míkrógrömmum og jafnvel enn nákvæmar en það.

„Eitt kíló er ágætt fyrir kartöflur þar sem ekki er mikil þörf á nákvæmni í vigtun. En það er ekki rétta þyngdarmiðið fyrir margt í kröfuharðri vísindastarfsemi og nákvæmnisiðnaði. Nýja kerfið leyfir óendanlegar hlutfallalausnir, sagði Milton

Allir sammála

Á ráðstefnunni í Versölum lá líka fyrir vísindamönnunum að breyta því hvernig amper (rafstraumur), kelvin (hitaeining) og mól (massi atóms) eru skilgreind með skírskotun til náttúrulögmálanna.

Milton sagði þá ákvörðun vera aðferð til að tryggja að alls staðar á byggðu bóli myndu menn alltaf vera sammála um hvað kílógramm nákvæmlega væri – hvort sem um væri að ræða sykursekk, lítra vatns eða nákvæma skammtatölu.

„Við búum í veröld þar sem fólk óttast að þróunin í átt til marghliða samfélaga væri að stöðvast og jafnvel snúast við. Öðru máli gegnir í mælingavísindunum, hér koma löndin saman og sammælast,“ sagði hann.

Hvað Stóra K varðar kann svo að vera að það hafi ekki hentað lengur sem hið fullkomna kílógramm. En framlag þess til vísindanna er fráleitt búið.

„Það verður áfram hér í grafhvelfingunni, við sömu aðstæður og allar götur frá 1889. Það verður hér til varanlegra tilrauna því við munum vigta það komandi áratugi til að sjá hvernig það bregst við aðstæðum. Stóra K verður áfram áhugaverður efnisbútur í augum vísindanna,“ sagði Milton.

Nánar um málið
í Morgunblaðinu
Áskrifendur:
Nánar um málið
í Morgunblaðinu
Áskrifendur:
Kauptu vikupassa

Lestu meira með vikupassa!

Fáðu þér vikupassa fyrir 1.890 kr. og þú færð aðgang að öllu efni úr blaði dagsins í dag og næstu 6 daga.

Kaupa vikupassa

Aðrar áskriftarleiðir »