Sig Au Revoir til det stykke metal i Frankrig, der har defineret kilogrammet

Det amerikanske National Institute of Standards and Technology i Maryland har sin egen kopi af Le Grand K – et platin-iridium-kilogram, kendt som K92. I baggrunden ses kilogrammasser af rustfrit stål. J.L. Lee/NIST hide caption

toggle caption

J.L. Lee/NIST

Le Grand K blev smedet i 1879 og opbevares i en låst boks uden for Paris – æret og opbevaret bag lås og slå, fordi dens masse, lidt over 2 pund, er den officielle definition af kilogrammet.

Men det vil snart ændre sig. På fredag mødes den internationale generalkonference om mål og vægt i Versailles i Frankrig for at stemme om, hvorvidt kilogrammet skal omdefineres.

Den forventes at blive enstemmig, hvilket er en ren formalitet efter mange års arbejde. Fremover vil verdens system til måling af masse ikke være baseret på en særlig metalklump, men snarere på uændrede træk ved universet – såsom lysets hastighed, tid og Plancks konstant, et tal, der hjælper forskerne med at finde ud af energien i en foton af lys, givet dens bølgelængde. (Den omtrentlige numeriske værdi af Plancks konstant er 6,626 x 10-34 joule-sekunder.)

“Det er fantastisk! Det er fantastisk! Det er historie på vej”, begejstrer Zeina Kubarych fra National Institute of Standards and Technology i Maryland, som har specialiseret sig i målevidenskab.

“Vi ændrer et system til realisering af masse, som vi har haft i 129 år”, siger hun. “Det er en kæmpe begivenhed.”

Kubarych arbejder i et sikkert, klimakontrolleret laboratorium på NIST, der rummer et par firkantede metalcylindre, hver under – ikke én, men to – gammeldags glasklokkedunke. USA fik disse officielle dubletter af Le Grand K efter underskrivelsen af Meter-traktaten i 1875.

“Det er vores nationale standardkilogrammer,” forklarer Kubarych. “Det er det, vi bruger som grundlag for vores massespredningssystem i USA.”

Disse antikke artefakter er meget vigtige for alle, der har brug for at foretage sammenligninger for at sikre, at deres præcise målinger ikke er ude af trit med hinanden. Det omfatter statslige målerlaboratorier, der tester og certificerer de vægte, der bruges i f.eks. butikker og medicinalvirksomheder, samt de vægte, der bruges af flyproducenter og producenter af videnskabelige instrumenter.

“Det spænder stort set over de fleste sektorer i den amerikanske industri,” siger Kubarych.

Nationens officielle kilogrammer er så dyrebare, at “vi ikke rører dem,” siger Kubarych.

“Vi forsøger ikke engang at røre dem med handskede hænder.”

I stedet samles metalgenstandene forsigtigt op med et særligt værktøj pakket ind i filterpapir – for at undgå at efterlade små ridser eller fingeraftryk, der kan forrykke vægten.

Og det er det store problem ved at basere et målesystem på sammenligning af metalstykker. Hvis Le Grand K bliver tungere eller lettere – eller absorberer atomer af noget fra luften – ændres definitionen af kilogrammet bogstaveligt talt.

Videnskabsfolk mener, at noget lignende er sket, for Le Grand K synes nu at veje lidt mindre end sine officielle kopier.

Måske ville nogle små udsving være ligegyldige for den almindelige person, der køber f.eks. kaffe efter vægt i supermarkedet. Men videnskabsfolk fortvivler ved tanken om at forsøge at forstå virkeligheden ved hjælp af målinger, der konstant skifter.

En omdefinering af kilogrammet betyder, at videnskabsfolk “afslutter noget, der sandsynligvis blev påbegyndt før den franske revolution”, bemærker Stephan Schlamminger fra NIST.

I disse revolutionære tider hadede oplysningstidens tænkere verdens sammensurium af målesystemer – alle baseret på en tilfældig genstand, f.eks. længden af en lokal hertugs fod. Deres radikale vision var at skabe noget rationelt og universelt, siger Schlamminger og bemærker, at det metriske system skulle være “for alle tider, for alle mennesker”.

Disse ophavsmænd til det metriske system baserede det på selve jordkloden, hvor meteren blev beskrevet som en 10-milliontedel af afstanden fra nordpolen til ækvator.

Men i lang tid var meteren bogstaveligt talt en metalstang i Frankrig.

Med fysikkens fremskridt, siger Schlamminger, kunne forskerne droppe metalstangen og definere meteren som den afstand, som lyset kan tilbagelægge i et vakuum på ca. en 300-milliontedel af et sekund.

“Og det”, siger Schlamminger, “er idéen om at gå fra et artefakt til en grundlæggende konstant.”

Nu, efter at forskerne i årevis har brugt år på at skabe en udførlig ny slags vægtmaskine kaldet en Kibble-vægt, er det endelig kilogrammets tur.

For at se, om et stykke metal virkelig vejer 1 kilogram, behøver det i fremtiden ikke længere at blive fløjet til Frankrig og sammenlignet med Le Grand K. Det kan vurderes i denne type instrument ved hjælp af Plancks konstant.

Schlamminger og to af hans kolleger er så dedikerede til at omdefinere kilogrammet, at de for nylig fik tatoveringer med tallene i Plancks konstant.

Jon Pratt fra NIST, en af de tatoverede forskere, siger, at det var svært at måle Plancks konstant præcist, ligesom det var svært at overtale verden til at skifte til et nyt kilogram baseret på den.

“Der var masser af komitéer og slagsmål og tøven om det her,” siger Pratt. “Så vi vidste, hvad vi var ude på. Vi vidste, at det ville blive smertefuldt. Og vi var alle enige om, at vi ville få tuschet tallet, når vi fik det gjort.”

Hvis afstemningen går som forventet, vil den nye definition af kilogrammet træde i kraft i maj.

I mellemtiden vil Le Grand K forblive i sin ensomme hvælving.

“Det er en historisk artefakt, der har været studeret i 140 år og vil bevare en smule metrologisk interesse,” siger dens forvalter, Bureau International des Poids et Mesures, “selv om dens masse ikke længere vil definere kilogrammet.”