Hur mycket väger ett kilogram? Forskare har utforskat detta till synes enkla problem i hundratals år.
År 1795 utfärdade Frankrike en lag som föreskrev "gram" som "den absoluta vikten av vatten i en kub vars volym är lika med en hundradels meter vid den temperatur då isen smälter (det vill säga 0 °C)". År 1799 upptäckte forskare att vattenvolymen är som mest stabil när vattnets densitet är som högst vid 4 °C, så definitionen av kilogrammet har ändrats till "massan av 1 kubikdecimeter rent vatten vid 4 °C". Detta resulterade i ett originalkilogram av ren platina, kilogrammet definieras som lika med sin massa, vilket kallas arkivkilogrammet.
Detta arkivkilogram har använts som riktmärke i 90 år. År 1889 godkände den första internationella konferensen om metrologi en replika av en platina-iridiumlegering som låg närmast arkivkilogrammet som det internationella ursprungliga kilogrammet. Vikten av "kilogram" definieras av en cylinder av platina-iridiumlegering (90 % platina, 10 % iridium), som är ungefär 39 mm hög och i diameter, och som för närvarande förvaras i en källare i utkanten av Paris.
Internationellt originalkilogram
Sedan upplysningstiden har lantmäteribranschen varit engagerad i att etablera ett universellt mätningssystem. Även om det är ett genomförbart sätt att använda det fysiska objektet som mätreferens, påverkas stabiliteten eftersom det fysiska objektet lätt skadas av konstgjorda eller miljömässiga faktorer, och mätbranschen har alltid velat överge denna metod så snart som möjligt.
Efter att kilogrammet antar den internationella ursprungliga definitionen av kilogram, finns det en fråga som metrologer är mycket oroade över: hur stabil är denna definition? Kommer den att förändras över tid?
Det bör sägas att denna fråga väcktes i början av definitionen av massenheten kilogram. Till exempel, när kilogrammet definierades 1889, producerade Internationella byrån för vikter och mått sju kilogramvikter av platina-iridiumlegering, varav en är den internationella. Det ursprungliga kilogrammet används för att definiera massenheten kilogram, och de andra sex vikterna, gjorda av samma material och samma process, används som sekundära riktmärken för att kontrollera om det finns avvikelser över tid mellan varandra.
Samtidigt, med utvecklingen av högprecisionsteknik, behöver vi också mer stabila och noggranna mätningar. Därför föreslogs en plan för att omdefiniera den internationella grundenheten med fysikaliska konstanter. Att använda konstanter för att definiera måttenheter innebär att dessa definitioner kommer att möta behoven hos nästa generation av vetenskapliga upptäckter.
Enligt officiella uppgifter från Internationella vikt- och måttbyrån förändrades kvalitetsjämnheten för andra originalkilogramm och det internationella originalkilogrammet med cirka 50 mikrogram under de 100 åren, från 1889 till 2014. Detta visar att det finns ett problem med stabiliteten hos den fysiska riktmärkesenheten för kvalitetsenheten. Även om förändringen på 50 mikrogram låter liten, har den stor inverkan på vissa avancerade industrier.
Om de grundläggande fysikaliska konstanterna används för att ersätta det fysiska riktmärket kilogram, kommer massenhetens stabilitet inte att påverkas av rum och tid. Därför utarbetade Internationella kommittén för vikter och mått år 2005 ett ramverk för användningen av grundläggande fysikaliska konstanter för att definiera vissa grundläggande enheter i det internationella enhetssystemet. Det rekommenderas att Planckkonstanten används för att definiera massenheten kilogram, och kompetenta laboratorier på nationell nivå uppmuntras att utföra relaterat vetenskapligt forskningsarbete.
Därför röstade forskare vid den internationella metrologikonferensen 2018 för att officiellt avveckla det internationella prototypkilogrammet och ändrade Planckkonstanten (symbolen h) som den nya standarden för att omdefiniera "kg".
Publiceringstid: 5 mars 2021