อดีตและปัจจุบันของกิโลกรัม

กิโลกรัมมีน้ำหนักเท่าไหร่? นักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจปัญหาที่ดูเหมือนเรียบง่ายนี้มาเป็นเวลาหลายร้อยปีแล้ว

ในปี พ.ศ. 2338 ฝรั่งเศสได้ประกาศใช้กฎหมายที่กำหนด "กรัม" เป็น "น้ำหนักสัมบูรณ์ของน้ำในลูกบาศก์ซึ่งมีปริมาตรเท่ากับหนึ่งในร้อยของเมตรที่อุณหภูมิเมื่อน้ำแข็งละลาย (ซึ่งก็คือ 0°C)" ในปี พ.ศ. 2342 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าปริมาตรน้ำจะคงที่มากที่สุดเมื่อความหนาแน่นของน้ำสูงสุดที่ 4°C ดังนั้นคำจำกัดความของกิโลกรัมจึงเปลี่ยนเป็น “มวลของน้ำบริสุทธิ์ 1 ลูกบาศก์เดซิเมตรที่ 4°C ". สิ่งนี้ทำให้เกิดกิโลกรัมดั้งเดิมของแพลตตินัมบริสุทธิ์ กิโลกรัมถูกกำหนดให้เท่ากับมวลของมัน ซึ่งเรียกว่ากิโลกรัมเก็บถาวร

กิโลกรัมจดหมายเหตุนี้ถูกใช้เป็นเกณฑ์มาตรฐานมาเป็นเวลา 90 ปี ในปี พ.ศ. 2432 การประชุมระดับนานาชาติครั้งแรกด้านมาตรวิทยาได้อนุมัติโลหะผสมแพลตตินัม-อิริเดียมแบบจำลองที่ใกล้เคียงกับกิโลกรัมเอกสารสำคัญมากที่สุดในฐานะกิโลกรัมดั้งเดิมสากล น้ำหนักของ “กิโลกรัม” กำหนดโดยโลหะผสมแพลตตินัม-อิริเดียม (แพลทินัม 90% และอิริเดียม 10%) ซึ่งมีความสูงและเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 39 มม. และปัจจุบันถูกเก็บไว้ในชั้นใต้ดินชานเมืองปารีส

กิโลกรัมดั้งเดิมสากล

นับตั้งแต่ยุคแห่งการตรัสรู้ ชุมชนการสำรวจได้มุ่งมั่นที่จะสร้างระบบการสำรวจที่เป็นสากล แม้ว่าจะเป็นวิธีที่เป็นไปได้ในการใช้วัตถุทางกายภาพเป็นเกณฑ์มาตรฐานในการวัด เนื่องจากวัตถุทางกายภาพได้รับความเสียหายได้ง่ายจากปัจจัยที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือสิ่งแวดล้อม ความเสถียรจะได้รับผลกระทบ และชุมชนการวัดก็ต้องการละทิ้งวิธีนี้มาโดยตลอดทันที เท่าที่จะทำได้

หลังจากที่กิโลกรัมใช้คำจำกัดความกิโลกรัมดั้งเดิมสากลแล้ว มีคำถามที่นักมาตรวิทยากังวลอย่างมาก: คำจำกัดความนี้มีเสถียรภาพเพียงใด มันจะล่องลอยไปตามกาลเวลาหรือไม่?

ควรจะกล่าวว่าคำถามนี้ถูกยกขึ้นที่จุดเริ่มต้นของคำจำกัดความของหน่วยมวลกิโลกรัม ตัวอย่างเช่น เมื่อมีการกำหนดกิโลกรัมในปี พ.ศ. 2432 สำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศได้ผลิตตุ้มน้ำหนักโลหะผสมแพลตตินัม-อิริเดียมจำนวน 7 กิโลกรัม ซึ่งหนึ่งในนั้นคือน้ำหนักสากล กิโลกรัมดั้งเดิมจะใช้เพื่อกำหนดหน่วยมวลกิโลกรัม และอีก 6 น้ำหนักอื่น ๆ ที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกันและกระบวนการเดียวกันใช้เป็นเกณฑ์มาตรฐานรองเพื่อตรวจสอบว่ามีการเลื่อนตามเวลาระหว่างกันหรือไม่

ในขณะเดียวกัน ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีที่มีความแม่นยำสูง เรายังต้องการการวัดที่มีเสถียรภาพและแม่นยำมากขึ้นอีกด้วย ดังนั้นจึงมีการเสนอแผนเพื่อกำหนดหน่วยพื้นฐานสากลใหม่ด้วยค่าคงที่ทางกายภาพ การใช้ค่าคงที่ในการกำหนดหน่วยการวัดหมายความว่าคำจำกัดความเหล่านี้จะตอบสนองความต้องการของการค้นพบทางวิทยาศาสตร์รุ่นต่อไป

ตามข้อมูลอย่างเป็นทางการของสำนักงานชั่งน้ำหนักและมาตรการระหว่างประเทศ ในช่วง 100 ปี ตั้งแต่ปี 1889 ถึง 2014 ความสม่ำเสมอของคุณภาพของกิโลกรัมดั้งเดิมอื่นๆ และกิโลกรัมดั้งเดิมสากลเปลี่ยนแปลงไปประมาณ 50 ไมโครกรัม นี่แสดงให้เห็นว่ามีปัญหากับความเสถียรของเกณฑ์มาตรฐานทางกายภาพของหน่วยคุณภาพ แม้ว่าการเปลี่ยนแปลง 50 ไมโครกรัมอาจฟังดูเล็กน้อย แต่ก็มีผลกระทบอย่างมากต่ออุตสาหกรรมระดับไฮเอนด์บางอุตสาหกรรม

ถ้าใช้ค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐานเพื่อแทนที่เกณฑ์มาตรฐานทางกายภาพของกิโลกรัม ความเสถียรของหน่วยมวลจะไม่ได้รับผลกระทบจากพื้นที่และเวลา ดังนั้น ในปี พ.ศ. 2548 คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยการชั่งน้ำหนักและการวัดได้ร่างกรอบการทำงานสำหรับการใช้ค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐานเพื่อกำหนดหน่วยพื้นฐานบางส่วนของระบบหน่วยสากล ขอแนะนำให้ใช้ค่าคงที่พลังค์เพื่อกำหนดหน่วยมวลกิโลกรัม และห้องปฏิบัติการระดับชาติที่มีความสามารถได้รับการสนับสนุนให้ดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง

ดังนั้น ในการประชุมมาตรวิทยานานาชาติปี 2018 นักวิทยาศาสตร์จึงลงมติให้เลิกใช้กิโลกรัมต้นแบบสากลอย่างเป็นทางการ และเปลี่ยนค่าคงที่พลังค์ (สัญลักษณ์ h) เป็นมาตรฐานใหม่เพื่อกำหนด "กก" ใหม่