Hoeveel is een kilogram? 1, 000 gram. 2.20462 pond. Of 0,0685 naaktslakken op basis van het oude keizerlijke zwaartekrachtsysteem. Maar waar komt dit bedrag eigenlijk vandaan en hoe weet iedereen zeker dat ze dezelfde meting gebruiken?

Sinds 1889, landen die lid zijn van de Algemene Conferentie over Maten en Gewichten zijn overeengekomen om een ​​standaard blok metaal te gebruiken - bewaard in de buurt van Parijs - om de kilogram te definiëren. Maar hoewel het moderne blok wordt opgeslagen in een sterk gecontroleerde omgeving, het gewicht kan in kleine hoeveelheden veranderen, omdat slijtage ervoor zorgt dat het massa verliest en vuil ervoor zorgt dat het toeneemt. Om dit probleem aan te pakken, wetenschappers over de hele wereld hebben bijna twee decennia lang besproken hoe de kilogram in plaats daarvan zou kunnen worden gedefinieerd in relatie tot constante metingen van de natuur. En nu zijn ze eindelijk tot een besluit gekomen.

De eerste kilogram (oorspronkelijk een graf genoemd) werd in 1793 bepaald door een commissie van de Franse Academie van Wetenschappen, die een betere standaard wilden dan de vaste hoeveelheden graan die traditioneel werden gebruikt. De commissie besloot dat de nieuwe maatstaf de massa zou zijn van één kubieke decimeter gedestilleerd water bij 4℃ (de temperatuur waarbij water onder standaardomstandigheden de hoogste dichtheid heeft). Dit had als voordeel dat de meeste goed uitgeruste laboratoria deze standaard zouden kunnen reproduceren. Vervolgens, een prototype van deze massa werd gegoten in messing.

Helaas, deze definitie van massa hing af van een andere variabele meting, de meter. Op dit punt, de meter werd slechts voorlopig gedefinieerd als onderdeel van de afstand van de Noordpool tot de evenaar. Zodra de waarde van de meter en de temperatuur van het water op zijn dichtste nauwkeuriger waren gedefinieerd, ook de kilogram moest vervangen worden. En een nieuw prototype werd gegoten in platina om deze massa te vertegenwoordigen.

Eventueel, dit werd vervangen door het internationale prototype kilogram (IKP) dat vandaag wordt gebruikt, gegoten uit een mengsel van platina en iridium om het zeer hard te maken en te voorkomen dat het reageert met zuurstof. De IPK en zes exemplaren worden bewaard door het International Bureau of Weights and Measures in het Pavillon de Breteuil, Sint-wolk, in de buurt van Parijs in Frankrijk om te fungeren als een referentie om maatregelen tegen te nemen. Kopieën van de IPK worden over de hele wereld vervoerd om ervoor te zorgen dat alle deelnemende landen dezelfde standaard gebruiken.

Maar zelfs de moderne IPK kan geleidelijk in massa veranderen. Radicaal, het antwoord van het International Bureau of Weights and Measures is om de definities van een kilogram te herzien, evenals alle andere basismeeteenheden die in de wetenschap worden gebruikt (bekend als SI-eenheden, van het Frans voor internationaal systeem).

In plaats van de kilogram af te meten aan een blok dat in een kluis is opgeslagen, we kunnen het definiëren op basis van precieze waarden van natuurconstanten. Het heeft lang geduurd om overeenstemming te bereiken over een definitie, omdat we deze constanten moesten kunnen meten volgens veeleisende normen met een onzekerheid van 30 delen per miljard (wat betekent dat de metingen nauwkeurig zijn tot 0,00000003 van een eenheid).

Wetenschappers hebben dit eigenlijk al lang en lang gedaan. Een seconde is niet langer een fractie van de tijd die de aarde nodig heeft om te draaien, die kan veranderen als de wereld versnelt of vertraagt. In plaats daarvan, een seconde wordt nu gedefinieerd door de tijd die nodig is voordat een bepaalde hoeveelheid energie vrijkomt als straling van atomen van Cesium-133. specifiek, een seconde is gelijk aan 9, 192, 631, 770 overgangen in de hyperfijne grondtoestandniveaus van Cesium-133. Dit is hetzelfde, ongeacht wanneer of waar het wordt gemeten.

Wetenschappers waren toen in staat om de meter opnieuw te definiëren in relatie tot de tweede en een andere natuurlijke constante, de lichtsnelheid in een vacuüm (c), die wetenschappers hebben berekend als 299, 792, 458 meter per seconde. Dus één meter is nu de lengte die het licht in 1/c seconde aflegt.

De nieuwe definitie van de kilogram gebruikt een meting uit een andere vaste waarde uit de natuur, constante van Planck (h), die wordt gedefinieerd als 6.62607015×10 ⁻³⁴ joule seconden. De constante van Planck kan worden gevonden door de elektromagnetische frequentie van een lichtdeeltje of "foton" te delen door de hoeveelheid energie die het draagt.

De constante wordt meestal gemeten in joule-seconden, maar dit kan ook worden uitgedrukt als kilogram vierkante meter per seconde. Wat een seconde en een meter is weten we uit de andere definities. Dus door deze metingen toe te voegen, samen met een exacte kennis van de constante van Planck, we kunnen een nieuwe krijgen, zeer nauwkeurige definitie van de kilogram.

andere eenheden

Een deel van de reden waarom het creëren van de nieuwe definitie zo lang heeft geduurd, is omdat wetenschappers zeer nauwkeurige apparaten hebben moeten maken om de constante van Planck met een voldoende hoge mate van nauwkeurigheid te meten. De methode is ook controversieel omdat het de link verbreekt die de kilogram heeft met andere basis-SI-eenheden, vooral de mol, die de hoeveelheid van een stof meet in termen van het aantal deeltjes waaruit het is gemaakt. Sommige wetenschappers hebben als resultaat alternatieve methoden voorgesteld.

Maar na een symbolische stemming, de nieuwe definitie van de kilogram zal worden gebruikt door het International Bureau of Weights and Measures en nationale meetinstituten over de hele wereld, samen met nieuwe definities van de resterende basis-SI-eenheden, de Mol, de kelvin (temperatuur), de ampère (stroom) en de candela (lichtsterkte).

Voor de meeste mensen, het dagelijkse leven gaat gewoon door, ondanks de herdefinities. Een standaardzak suiker bevat net zoveel suiker als ooit tevoren. Maar sommige van deze veranderingen, bijvoorbeeld naar de kelvin, zal praktische voordelen opleveren voor wetenschappers die zeer nauwkeurige metingen doen. En om de vraag "hoeveel is een kilogram" te beantwoorden, we hoeven niet langer blokken platina te vergelijken of ons zorgen te maken over krassen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.