הקילוגרם – חפץ פיזי אמיתי

במעבדה הלאומית הבריטית נשמר גליל מסגסוגת פלטינה – אירידיום, שהוא התקן הלאומי לקילוגרם. הוא מכויל מול ה-אב טיפוס הבינלאומי של הקילוגרם השמור בפריז.באופן עקרוני, אותו אב-טיפוס שוקל תמיד קילוגרם, כי הוא ההגדרה עצמה.

הבעיה בהגדרה באמצעות חפץ

משבר האמון של הקילוגרם: כשהתקן העולמי מתחיל "לזייף"

בעולם המודרני, מדידת מסה היא לא עניין של מה בכך. זהו הבסיס עליו נשענת למשל תעשיית התרופות, שם כל מיליגרם הוא קריטי. אבל מתברר שהיסודות האלו רועדים:

• התקן שמאבד משקל: אב הטיפוס המיתולוגי בפריז, זה שקובע עבור כל העולם מהו קילוגרם, פשוט אינו יציב. הנתונים מגלים שהוא צובר או מאבד מסה זעירה עם הזמן, מה שמעמיד בסימן שאלה את כל מערך המדידה הגלובלי.

• טיסה בלי מכשירים: הבעיה האמיתית היא שאין לאנושות תקן גבוה יותר להשוואה. ברגע שאב הטיפוס משתנה, אין לנו דרך לדעת בוודאות בכמה הוא טעה – אנחנו פשוט מאבדים את נקודת הייחוס המוחלטת שלנו.

צורך בהגדרה חדשה לקילוגרם

המדענים מחפשים הגדרה מודרנית המבוססת על קבוע פיזיקלי אוניברסלי, כנראה קבוע פלאנק. כך ההגדרה לא תהיה תלויה בחפץ שעלול להשתנות.

שתי שיטות אפשריות להגדרה חדשה

שיטת כדור הסיליקון

• יצירת כדור כמעט מושלם מסיליקון גבישי טהור.

• מדידת המרחק בין האטומים והנפח בדיוק גבוה מאוד.

• מאפשרת דיוק של אחד ל־10⁸.

• חסרון: יקר מאוד (כ־2.5 מיליון אירו לכדור).

מאזן ואט (Watt Balance)

• שיטה חשמלית למדידת מסה.

• מבוססת על השוואה בין כוח מכני לכוח חשמלי.

• בעזרת מדידות זרם, מתח ומהירות ניתן לחשב את המסה בדיוק גבוה.

• עשויה להיות פשוטה וזולה יותר בטווח הארוך.

המסקנה

גם לאחר ההגדרה החדשה יישארו קילוגרמים פיזיים לשימוש. אבל לראשונה תהיה להם השוואה לסטנדרט אבסולוטי המבוסס על חוקי הפיזיקה עצמם ולא על חפץ בודד.

המדע עובר מהגדרה מבוססת חפץ פיזי להגדרה מבוססת קבועי טבע. זהו צעד חשוב לדיוק, יציבות ואחידות עולמית במדידות.