Dabartinio matavimo vieneto atsiradimo ištakos siekia daugiau nei 125 metus, kai kietas platinos ir iridžio lydinio cilindras buvo paskelbtas lygiai vienu kilogramu. Lydinys saugomas Tarptautiniame svarsčių ir matų biure.
Tačiau dabar standartinis kilogramas dėl nepaaiškinamų priežasčių praranda savo svorį – galbūt tai susiję su cilindre patalpintų dujų praradimu. Mokslininkai nepatenkinti, kad šis fizinis objektas nėra tikslus tokiam fundamentaliam matavimui ir iki 2018 m. ketina iš naujo jį apibrėžti remdamiesi matematine konstanta, rašo Independent.co.uk.
Fizikai mano, kad kilogramo matavimo pakeitimas fizine konstanta gali elektrinių matavimų tikslumą pagerinti 50 kartų.
Nuspręsta pakeisti metalinį bloką, žinoma kaip Tarptautinis kilogramo prototipas, nauju apibrėžimu, paremtu Planko konstanta, kuri apibūdina kvanto dydį kvantinėje fizikoje ir yra tokia pat patikima, kaip šviesos greitis vakuume.
Kad tai padarytų, mokslininkai turi sugalvoti būdą, kaip įvertinti dar vieną konstantą – Avogadro skaičių – dalelių (molekulių arba atomų) skaičius viename medžiagos molyje.
Pavyzdžiui, vandens molis yra vos keleto arbatinių šaukštelių tūrio, tačiau jis turi 6.022×10^23 (pakelta dvidešimt trečiuoju laipsniu) molekulių. Šis skaičius yra didesnis nei pasaulyje yra smėlio smiltelių.
Giovannis Mana'as su kolegomis iš Nacionalinio Italijos Metrologijos tyrimų instituto Turine sako atlikę tiksliausius Avogadro skaičiaus apskaičiavimus. Skaičiavimai gali būti panaudoti tam, kad būtų įvertinta Planko konstanta ir tokiu būdu kilogramas būtų apibrėžtas grynai matematiniais terminais.
Savo tyrime, išspausdintame „Journal of Physical and Chemical Reference Data“, jie Avogadro skaičių nustatė „suskaičiavę“ atomų skaičių kilogramo sferoje gryno silicio.
Mokslininkai tokius skaičiavimus gali atlikti todėl, kad tokios grynos silicio formos kristalai susideda iš kubo formos kristalinių gardelių, kurių kiekviena turi po aštuonis silicio atomus.
Tokiu būdu buvo galima paskaičiuoti atomų skaičių sferoje, nustatant santykį tarp bendro tūrio silicio sferoje, ir tūrį, kurį užima kiekvienas silicio atomas.
Mokslininkai atliko panašius matavimus 2011 m. su 30 atomų paklaida, o naujausiuose skaičiavimuose paklaida siekia tik 20 atomų.
„Prieš iš naujo apibrėždami kilogramą, mes turime būti tikri, kad naujasis supratimas yra neatskiriamas nuo senojo, – sakė Mana'as. – Priešingu atveju, kai keisime naują apibrėžimą į dabartinį, visi svorio matavimo vienetų mokslo, industrijos ir komercijos naudotojai privalės pakeisti masės vertę visuose egzistuojančiuose artefaktuose.“
Tyrėjai mano, kad tikslesnis Avogadro skaičiaus apibrėžimas sustiprins Planko konstantos apibrėžimą ir galiausia mokslininkus prives prie tvirtesnio matematinio kilogramo apibrėžimo.
Kilogramas yra vienas iš septynių bazinių matavimo vienetų, iš kurių išvesti visi kiti. Kiti šeši baziniai vienetai yra metras, sekundė, amperas, kelvinas, molis ir kandela, kurie atitinkamai matuoja ilgį, laiką, elektros srovę, temperatūrą, cheminį kiekį ir šviesos intensyvumą.
Kilogramas nuo kitų matavimo vienetų skiriasi tuo, kad tai yra vienintelis tarptautinis standartas, kuris paremtas fiziniu objektu, o ne fizine konstanta. Pavyzdžiui, metras jau nebėra apibrėžiamas kaip dvi žymės ant metalo juostos, o kaip atstumas, kurį nukeliauja šviesa vakuume per 1/299792458 dalį sekundės.
Fizikai mano, kad kilogramo matavimo pakeitimas fizine konstanta gali elektrinių matavimų tikslumą pagerinti 50 kartų.
