Paljonko kilogramma painaa? Tutkijat ovat tutkineet tätä näennäisen yksinkertaista ongelmaa satojen vuosien ajan.
Vuonna 1795 Ranskassa säädettiin laki, jonka mukaan "gramma" tarkoittaa "veden absoluuttista painoa kuutiossa, jonka tilavuus on sadasosa metriä jään sulamislämpötilassa (eli 0 °C:ssa)." Vuonna 1799 tiedemiehet havaitsivat, että veden tilavuus on vakain, kun veden tiheys on korkein 4 °C:ssa, joten kilogramman määritelmä muuttui muotoon "yhden kuutiodesimetrin puhdasta vettä massa 4 °C:ssa". Tämä tuotti puhdasta platinaa sisältävän alkuperäisen kilogramman, kilogramma määritellään yhtä suureksi kuin sen massa, ja sitä kutsutaan arkistokilogrammaksi.
Tätä arkistokilogrammaa on käytetty kiintopisteenä 90 vuoden ajan. Vuonna 1889 ensimmäinen kansainvälinen metrologiakonferenssi hyväksyi platina-iridiumseoksesta tehdyn jäljennöksen, joka on lähimpänä arkistokilogrammaa, kansainväliseksi alkuperäiskilogrammaksi. ”Kilogramman” paino määritellään platina-iridiumseoksesta (90 % platinaa, 10 % iridiumia) valmistetulla sylinterillä, jonka korkeus ja halkaisija on noin 39 mm ja jota säilytetään tällä hetkellä kellarissa Pariisin laitamilla.
Kansainvälinen alkuperäinen kilogramma
Valistuksen ajasta lähtien maanmittausyhteisö on sitoutunut luomaan yleismaailmallisen maanmittausjärjestelmän. Vaikka fyysisen kohteen käyttö mittauskiintiönä onkin mahdollinen tapa, koska ihmisen aiheuttamat tai ympäristötekijät vahingoittavat fyysistä kohdetta helposti, sen vakaus heikkenee. Mittausyhteisö on aina halunnut luopua tästä menetelmästä mahdollisimman pian.
Kun kilogramma on ottanut käyttöön kansainvälisen alkuperäisen kilogramman määritelmän, metrologit ovat erittäin huolissaan kysymyksestä: kuinka vakaa tämä määritelmä on? Ajelehtiiko se ajan myötä?
On sanottava, että tämä kysymys nousi esiin massayksikön kilogramman määritelmän alussa. Esimerkiksi kun kilogramma määriteltiin vuonna 1889, Kansainvälinen paino- ja mittatoimisto tuotti seitsemän platina-iridiumseoksesta valmistettua kilogrammapainoa, joista yksi on kansainvälinen painoyksikkö. Alkuperäistä kilogrammaa käytetään massayksikön kilogramman määrittelyyn, ja kuutta muuta samasta materiaalista ja samasta prosessista valmistettua painoa käytetään toissijaisina vertailukohtina sen tarkistamiseksi, onko niiden välillä ajan myötä poikkeamaa.
Samaan aikaan, kun kehittyy tarkka teknologia, tarvitsemme myös vakaampia ja tarkempia mittauksia. Siksi ehdotettiin suunnitelmaa kansainvälisen perusyksikön uudelleenmäärittelystä fysikaalisten vakioiden avulla. Vakioiden käyttö mittayksiköiden määrittelyssä tarkoittaa, että nämä määritelmät vastaavat seuraavan sukupolven tieteellisten löytöjen tarpeisiin.
Kansainvälisen paino- ja mittatoimiston virallisten tietojen mukaan muiden alkuperäisten kilogrammojen ja kansainvälisen alkuperäisen kilogramman laatutasapaino muuttui sadan vuoden aikana vuosina 1889–2014 noin 50 mikrogrammaa. Tämä osoittaa, että laatuyksikön fyysisen vertailuarvon vakaudessa on ongelma. Vaikka 50 mikrogramman muutos kuulostaa pieneltä, sillä on suuri vaikutus joihinkin korkean hintaluokan teollisuudenaloihin.
Jos fysikaalisia perusvakioita käytetään kilogramman fyysisen vertailukohdan korvaamiseen, massayksikön vakauteen ei vaikuta aika ja paikka. Siksi Kansainvälinen paino- ja mittakomitea laati vuonna 2005 kehyksen fysikaalisten perusvakioiden käytölle joidenkin kansainvälisen mittayksikköjärjestelmän perusyksiköiden määrittelemiseksi. Massayksikön kilogramman määrittelemiseen suositellaan Planckin vakion käyttöä, ja toimivaltaisia kansallisen tason laboratorioita kannustetaan tekemään asiaankuuluvaa tieteellistä tutkimustyötä.
Siksi tiedemiehet äänestivät vuoden 2018 kansainvälisessä metrologian konferenssissa kansainvälisen kilogramman prototyypin virallisesta käytöstä poistamisesta ja muuttivat Planckin vakion (symboli h) uudeksi standardiksi määritelläkseen "kg":n uudelleen.
Julkaisun aika: 05.03.2021