شگفتی فیزیکدانان از تغییر جرم معیار جهانی «کیلوگرم»!

در میان دستپاچگی و حیرت دانشمندان، استوانه فلزی درون یک گاو صندوق کاملا محافظت شده که معیار جهانی برای کیلوگرم بوده، در حال تغییر جرم است.

این مساله برای کسانی که قصد خرید نیم کیلو هویج یا یک کشتی چندین تنی را دارند مشکل‌ساز نخواهد بود، بلکه یک چالش سنگین نظری برای فیزیکدانان به دنبال داشته و کار آزمایشگاه‌هایی را که به اندازه‌گیری فوق دقیق و همیشه استاندار نیاز دارند، پیچیده خواهد کرد.

از سال 1889، کیلوگرم در تراز بین‌المللی، مطابق با یک قطعه فلز که در دفتر بین المللی وزن و اندازه گیری در حومه پاریس نگهداری می‌شود، تعریف شده است.

تا پیش از این به نظر می‌رسید این استوانه ساخت انگلیس که از 90 درصد پلاتین و 10 درصد ایریدیوم ساخته شده از هر گونه اشکال و اشتباه مبراست. این استوانه در زیر سه محفظه شیشه‌یی در یک گاوصندوق در ساختمان محافظت‌شده پاویلون دو پرتویل نگهداری می‌شود.

در سال 1992 در یک اتفاق حیرت‌انگیز مشخص شد که کیلوگرم از دقت پیشین برخوردار نبوده و اندازه‌گیری‌ها طی یک قرن گذشته نشان دادند که این نمونه اولیه در مقایسه با شش واحد کیلوی دیگر این ساختمان حدود 50 میکروگرم تغییر کرده است. این میزان به اندازه یک دانه شن با قطر 0.4 میلیمتری است.

البته به گفته آلاین پیکارد، رئیس دپارتمان جرم دفتر بین المللی وزن و اندازه گیری، دانشمندان هنوز نمی‌دانند این تغییر در راستای کاهش جرم کیلو بوده یا افزایش.

پیکارد اظهار کرد: این تغییر ممکن است در اثر تاثیرات سطحی از دست دادن گاز از فلز یا یک تجمع از آلاینده‌ها باشد.

این کاهش یا افزایش کیلو برای دنیای علم، کنجکاوی زیادی را به ارمغان آورده است.

این استوانه، اساس سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها(SI)، گسترده ترین سیستم واحدهای اندازه گیری مورد استفاده در جهان برای زندگی روزانه، مهندسی دقیق، علم و تجارت است.

SI از هفت واحد پایه با نامهای کیلو،‌ متر، ‌ثانیه، ‌آمپر، کلوین، مول و کاندلا برخوردار است که سایر واحدهای اندازه‌گیری از آنها نشات می‌گیرند. اما کیلو بر خلاف دیگر همراهانش آخرین واحدی است که هنوز با یک جسم مادی تعریف می‌شود.

تا پیش از این یک خط‌کش پلاتینی به عنوان متر استاندارد جهان مورد استفاده بود که بعدها جای خود را به یک ثابت بنیادین داد که طی آن از زمانی که نور برای سفر در 100 سانتی‌متر استفاده می‌کند به عنوان پایه اندازه‌گیری متریک استفاده شد. البته متر فلزی اکنون به عنوان یک شی موزه‌ای در شهر سیورس پاریس نگهداری می‌شود.

اساتید SI اکنون تصمیم دارند استوانه کیلوگرم را از دور خارج کنند. در صورتی که همه چیز خوب پیش برود، این استوانه با یک مقدار ثابت بر اساس ثابت پلانک تعویض خواهد شد.

ثابت پلانک که نام خود را از ماکس پلانک، پدر علم فیزیک کوانتوم که آن را در سال 1899 کشف کرده، گرفته و در معادلات با حرف «h» نشان داده می‌شود، با کوچکترین بسته ای از انرژی (کوانتوم) مطابق است که دو ذره می توانند با هم مبادله کنند.

در اواخر اکتبر سال جاری، کنفرانس عمومی وزن و اندازه‌گیری با استفاده از این ثابت برای محاسبه مقدار کیلو موافقت کرد اما استفاده از آن تا پیش از سال 2014 ممکن نخواهد بود تا آزمایشات لازم به منظور ارزیابی دقت شیوه‌های اندازه‌گیری برای حصول اطمینان از صحت تا 20 بخش در میلیارد انجام شوند.

درصورتی که که ثابت پلانک مورد استفاده قرار بگیرد، هیچ چیز در زندگی عادی تغییر نکرده و کیلو همان کیلو باقی خواهند ماند، اما این تغییرات از تاثیرگذاری زیادی بر اندازه‌گیری‌های فوق‌العاده دقیق برخی آزمایش‌ها برخوردار خواهد بود.