อดีตและปัจจุบันของกิโลกรัม

น้ำหนัก 1 กิโลกรัมเท่ากับเท่าไร นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาวิจัยปัญหาที่ดูเหมือนง่ายๆ นี้มานานหลายร้อยปีแล้ว

ในปี 1795 ฝรั่งเศสได้ประกาศใช้กฎหมายที่กำหนดให้ "กรัม" เป็น "น้ำหนักสัมบูรณ์ของน้ำในลูกบาศก์ที่มีปริมาตรเท่ากับหนึ่งในร้อยของเมตรที่อุณหภูมิเมื่อน้ำแข็งละลาย (นั่นคือ 0°C)" ในปี 1799 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าปริมาตรของน้ำจะเสถียรที่สุดเมื่อความหนาแน่นของน้ำสูงที่สุดที่ 4°C ดังนั้นคำจำกัดความของกิโลกรัมจึงเปลี่ยนไปเป็น "มวลของน้ำบริสุทธิ์ 1 ลูกบาศก์เดซิเมตรที่อุณหภูมิ 4°C" ซึ่งจะทำให้ได้กิโลกรัมแพลตตินัมบริสุทธิ์ดั้งเดิม โดยกิโลกรัมถูกกำหนดให้เท่ากับมวลของมัน ซึ่งเรียกว่ากิโลกรัมอาร์ไคฟ์

กิโลกรัมที่เก็บถาวรนี้ใช้เป็นเกณฑ์มาตรฐานมาเป็นเวลา 90 ปีแล้ว ในปี 1889 การประชุมนานาชาติครั้งแรกเกี่ยวกับมาตรวิทยาได้อนุมัติแบบจำลองโลหะผสมแพลตตินัม-อิริเดียมที่ใกล้เคียงกับกิโลกรัมที่เก็บถาวรมากที่สุดเป็นกิโลกรัมต้นฉบับสากล น้ำหนักของ "กิโลกรัม" ถูกกำหนดโดยกระบอกสูบโลหะผสมแพลตตินัม-อิริเดียม (แพลตตินัม 90% อิริเดียม 10%) ซึ่งมีความสูงและเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 39 มม. และปัจจุบันถูกเก็บไว้ในห้องใต้ดินที่ชานเมืองปารีส

กิโลกรัมต้นฉบับนานาชาติ

นับตั้งแต่ยุคแห่งการตรัสรู้ ชุมชนการสำรวจได้มุ่งมั่นที่จะสร้างระบบการสำรวจสากล แม้ว่าการใช้วัตถุทางกายภาพเป็นเกณฑ์มาตรฐานในการวัดจะเป็นวิธีที่เป็นไปได้ แต่เนื่องจากวัตถุทางกายภาพได้รับความเสียหายได้ง่ายจากปัจจัยที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือจากสิ่งแวดล้อม ความเสถียรจึงได้รับผลกระทบ และชุมชนการวัดต้องการเลิกใช้วิธีการนี้โดยเร็วที่สุด

หลังจากที่หน่วยกิโลกรัมได้นำเอาคำจำกัดความของหน่วยกิโลกรัมที่เป็นต้นฉบับสากลมาใช้แล้ว มีคำถามที่นักมาตรวิทยาเป็นกังวลมากว่าคำจำกัดความนี้มีเสถียรภาพแค่ไหน และจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาหรือไม่

ควรกล่าวว่าคำถามนี้ถูกหยิบยกขึ้นมาในตอนต้นของการกำหนดหน่วยมวลกิโลกรัม ตัวอย่างเช่น เมื่อมีการกำหนดหน่วยกิโลกรัมในปี 1889 สำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศได้ผลิตตุ้มโลหะผสมแพลตตินัม-อิริเดียมจำนวน 7 ชิ้น ซึ่งหนึ่งในนั้นเป็นตุ้มโลหะผสมแพลตตินัม-อิริเดียมจำนวน 7 ชิ้น ซึ่งตุ้มดังกล่าวเป็นตุ้มโลหะดั้งเดิมที่ใช้ในการกำหนดหน่วยมวลกิโลกรัม ส่วนตุ้มอีก 6 ชิ้นที่ทำจากวัสดุเดียวกันและผ่านกระบวนการเดียวกันนั้นใช้เป็นเกณฑ์มาตรฐานรองเพื่อตรวจสอบว่ามีการเคลื่อนที่ของมวลระหว่างกันตามเวลาหรือไม่

ในขณะเดียวกัน ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีที่มีความแม่นยำสูง เรายังต้องการการวัดที่เสถียรและแม่นยำยิ่งขึ้นด้วย ดังนั้น จึงมีการเสนอแผนงานในการกำหนดหน่วยพื้นฐานสากลใหม่ด้วยค่าคงที่ทางกายภาพ การใช้ค่าคงที่ในการกำหนดหน่วยการวัดหมายความว่าคำจำกัดความเหล่านี้จะตอบสนองความต้องการของการค้นพบทางวิทยาศาสตร์รุ่นต่อไป

ตามข้อมูลอย่างเป็นทางการของสำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศ ในช่วง 100 ปี ตั้งแต่ปี 1889 ถึงปี 2014 ความสม่ำเสมอของคุณภาพของกิโลกรัมดั้งเดิมอื่นๆ และกิโลกรัมดั้งเดิมระหว่างประเทศเปลี่ยนแปลงไปประมาณ 50 ไมโครกรัม ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีปัญหาเกี่ยวกับเสถียรภาพของเกณฑ์มาตรฐานทางกายภาพของหน่วยคุณภาพ แม้ว่าการเปลี่ยนแปลง 50 ไมโครกรัมจะดูเล็กน้อย แต่ส่งผลกระทบอย่างมากต่ออุตสาหกรรมระดับสูงบางแห่ง

หากใช้ค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐานแทนค่ามาตรฐานทางกายภาพกิโลกรัม ความเสถียรของหน่วยมวลจะไม่ได้รับผลกระทบจากพื้นที่และเวลา ดังนั้น ในปี 2548 คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยการชั่งตวงวัดจึงได้ร่างกรอบการทำงานสำหรับการใช้ค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐานเพื่อกำหนดหน่วยพื้นฐานบางส่วนของระบบหน่วยระหว่างประเทศ ขอแนะนำให้ใช้ค่าคงที่ของพลังค์เพื่อกำหนดหน่วยมวลกิโลกรัม และสนับสนุนให้ห้องปฏิบัติการระดับชาติที่มีความสามารถดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง

ดังนั้น ในการประชุมนานาชาติว่าด้วยมาตรวิทยาปี 2018 นักวิทยาศาสตร์ได้ลงมติยกเลิกต้นแบบหน่วยกิโลกรัมสากลอย่างเป็นทางการ และเปลี่ยนค่าคงที่ของพลังค์ (สัญลักษณ์ h) เป็นมาตรฐานใหม่เพื่อนิยาม "กิโลกรัม" ใหม่