העבר וההווה של הקילוגרם

כמה שוקל קילוגרם? מדענים חקרו את הבעיה הפשוטה לכאורה הזו במשך מאות שנים.

בשנת 1795, חוקקה צרפת חוק שקבע כי "גרם" הוא "המשקל המוחלט של מים בקובייה שנפחה שווה למאית המטר בטמפרטורה שבה הקרח נמס (כלומר, 0°C)." בשנת 1799, מדענים גילו כי נפח המים יציב ביותר כאשר צפיפות המים גבוהה ביותר ב-4°C, ולכן הגדרת הקילוגרם השתנתה ל"מסה של דצימטר מעוקב אחד של מים טהורים ב-4°C". כתוצאה מכך, נוצר קילוגרם מקורי מפלטינה טהורה, הקילוגרם מוגדר כשווה למסה שלו, הנקרא קילוגרם ארכיון.

קילוגרם ארכיוני זה שימש כמדד במשך 90 שנה. בשנת 1889, הוועידה הבינלאומית הראשונה למטרולוגיה אישרה העתק מסגסוגת פלטינה-אירידיום הקרוב ביותר לקילוגרם הארכיוני כקילוגרם המקורי הבינלאומי. משקל ה"קילוגרם" מוגדר על ידי גליל מסגסוגת פלטינה-אירידיום (90% פלטינה, 10% אירידיום), שגובהו וקוטרו כ-39 מ"מ, והוא מאוחסן כיום במרתף בפאתי פריז.

קילוגרם מקורי בינלאומי

מאז עידן הנאורות, קהילת המדידות מחויבת להקמת מערכת מדידה אוניברסלית. למרות שזוהי דרך אפשרית להשתמש באובייקט הפיזי כנקודת ייחוס למדידה, מכיוון שהאובייקט הפיזי ניזוק בקלות מגורמים מעשה ידי אדם או גורמים סביבתיים, היציבות שלו תיפגע, וקהילת המדידות תמיד רצתה לנטוש שיטה זו בהקדם האפשרי.

לאחר שהקילוגרם מאמץ את הגדרת הקילוגרם המקורית הבינלאומית, ישנה שאלה שמטריולוגים מודאגים ממנה מאוד: עד כמה יציבה הגדרה זו? האם היא תשתנה עם הזמן?

יש לציין כי שאלה זו הועלתה בתחילת הגדרת יחידת המסה של קילוגרם. לדוגמה, כאשר הקילוגרם הוגדר בשנת 1889, הלשכה הבינלאומית למשקולות ומידות ייצרה 7 משקולות קילוגרם מסגסוגת פלטינה-אירידיום, אחת מהן היא הלשכה הבינלאומית למשקולות ומידות. הקילוגרם המקורי משמש להגדרת יחידת המסה של קילוגרם, ו-6 המשקולות האחרות העשויות מאותו חומר ובאותו תהליך משמשות כמדדי ייחוס משניים כדי לבדוק האם יש סחיפה לאורך זמן ביניהן.

במקביל, עם התפתחות הטכנולוגיה בעלת הדיוק הגבוה, אנו זקוקים גם למדידות יציבות ומדויקות יותר. לכן, הוצעה תוכנית להגדרה מחדש של יחידת המידה הבסיסית הבינלאומית באמצעות קבועים פיזיקליים. שימוש בקבועים להגדרת יחידות מידה פירושו שהגדרות אלו יענו על צרכי הדור הבא של תגליות מדעיות.

על פי הנתונים הרשמיים של הלשכה הבינלאומית למשקולות ומידות, במאה השנים שבין 1889 ל-2014, עקביות האיכות של קילוגרמים מקוריים אחרים והקילוגרם המקורי הבינלאומי השתנתה בכ-50 מיקרוגרם. ממצא זה מראה שיש בעיה ביציבות המדד הפיזי של יחידת האיכות. למרות שהשינוי של 50 מיקרוגרם נשמע קטן, יש לו השפעה רבה על חלק מהתעשיות היוקרתיות.

אם הקבועים הפיזיקליים הבסיסיים משמשים להחליף את ייחוס הקילוגרמים הפיזיקלי, יציבות יחידת המסה לא תושפע ממרחב וזמן. לכן, בשנת 2005, הוועדה הבינלאומית למשקולות ומידות ניסחה מסגרת לשימוש בקבועים פיזיקליים בסיסיים כדי להגדיר כמה יחידות בסיסיות של מערכת היחידות הבינלאומית. מומלץ להשתמש בקבוע פלאנק כדי להגדיר את יחידת המסה קילוגרם, ומעבדות ברמה הלאומית המוסמכת מעודדות לבצע עבודות מחקר מדעיות קשורות.

לכן, בכנס הבינלאומי למטרולוגיה בשנת 2018, מדענים הצביעו על הוצאה רשמית משימוש של קילוגרם אב טיפוס בינלאומי, ושינו את קבוע פלאנק (סמל h) כתקן החדש כדי להגדיר מחדש את ה"ק"ג".