ماضي وحاضر الكيلوغرام

كم يزن الكيلوغرام؟ لقد استكشف العلماء هذه المسألة البسيطة على مدى مئات السنين.

في عام ١٧٩٥، أصدرت فرنسا قانونًا ينص على أن "الغرام" هو "الوزن المطلق للماء في مكعب حجمه واحد على مئة من المتر عند درجة حرارة ذوبان الجليد (أي صفر درجة مئوية)". في عام ١٧٩٩، اكتشف العلماء أن حجم الماء يكون في أقصى ثبات له عندما تكون كثافته في أعلى مستوياتها عند ٤ درجات مئوية، فتغير تعريف الكيلوغرام إلى "كتلة ديسيمتر مكعب واحد من الماء النقي عند ٤ درجات مئوية". نتج عن ذلك كيلوغرام أصلي من البلاتين النقي، ويُعرف الكيلوغرام بأنه يساوي كتلته، والتي تُسمى كيلوغرام الأرشيف.

استُخدم هذا الكيلوغرام الأرشيفي كمعيارٍ لمدة 90 عامًا. في عام 1889، اعتمد المؤتمر الدولي الأول للمترولوجيا نسخةً طبق الأصل من سبيكة البلاتين والإيريديوم الأقرب إلى الكيلوغرام الأرشيفي، كالكيلوغرام الأصلي الدولي. يُعرّف وزن "الكيلوغرام" بأسطوانةٍ مصنوعة من سبيكة البلاتين والإيريديوم (90% بلاتين، 10% إيريديوم)، يبلغ ارتفاعها وقطرها حوالي 39 مم، وهي مخزنة حاليًا في قبوٍ بضواحي باريس.

الكيلوغرام الأصلي الدولي

منذ عصر التنوير، التزم مجتمع المساحة بإنشاء نظام مسح شامل. ورغم إمكانية استخدام الجسم المادي كمعيار قياس، إلا أن سهولة تلفه بفعل العوامل البشرية أو البيئية ستؤثر على استقراره، ولطالما سعى مجتمع القياس إلى التخلي عن هذه الطريقة في أقرب وقت ممكن.

بعد اعتماد الكيلوغرام التعريف الدولي الأصلي للكيلوغرام، يُطرح سؤالٌ يُقلق علماء القياس: ما مدى ثبات هذا التعريف؟ هل سيتغير مع مرور الوقت؟

تجدر الإشارة إلى أن هذا السؤال طُرح في بداية تعريف وحدة الكتلة الكيلوغرام. على سبيل المثال، عند تعريف الكيلوغرام عام ١٨٨٩، أنتج المكتب الدولي للأوزان والمقاييس سبعة أوزان كيلوغرام مصنوعة من سبيكة البلاتين والإيريديوم، أحدها هو الوزن الدولي. يُستخدم الكيلوغرام الأصلي لتحديد وحدة الكتلة الكيلوغرام، بينما تُستخدم الأوزان الستة الأخرى المصنوعة من نفس المادة وبنفس العملية كمعايير ثانوية للتحقق من وجود أي انحراف زمني بينها.

في الوقت نفسه، ومع تطور التكنولوجيا عالية الدقة، نحتاج أيضًا إلى قياسات أكثر استقرارًا ودقة. لذلك، طُرحت خطة لإعادة تعريف الوحدة الأساسية الدولية باستخدام الثوابت الفيزيائية. إن استخدام الثوابت لتحديد وحدات القياس يعني أن هذه التعريفات ستلبي احتياجات الجيل القادم من الاكتشافات العلمية.

وفقًا للبيانات الرسمية للمكتب الدولي للأوزان والمقاييس، خلال المئة عام من عام ١٨٨٩ إلى عام ٢٠١٤، تغيّر اتساق جودة الكيلوغرامات الأصلية الأخرى والكيلوغرام الأصلي الدولي بحوالي ٥٠ ميكروغرامًا. يُشير هذا إلى وجود مشكلة في استقرار المعيار الفيزيائي لوحدة الجودة. ورغم أن هذا التغيّر البالغ ٥٠ ميكروغرامًا قد يبدو ضئيلًا، إلا أنه ذو تأثير كبير على بعض الصناعات الراقية.

إذا استُخدمت الثوابت الفيزيائية الأساسية بدلاً من الكيلوغرام، فلن يتأثر استقرار وحدة الكتلة بالمكان والزمان. لذلك، وضعت اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس عام ٢٠٠٥ إطار عمل لاستخدام الثوابت الفيزيائية الأساسية لتحديد بعض الوحدات الأساسية في النظام الدولي للوحدات. يُوصى باستخدام ثابت بلانك لتحديد وحدة الكتلة الكيلوغرام، كما تُشجع المختبرات الوطنية المختصة على إجراء أبحاث علمية ذات صلة.

ولذلك، في المؤتمر الدولي للقياس لعام 2018، صوت العلماء على إلغاء النموذج الأولي الدولي للكيلوغرام رسميًا، وتغيير ثابت بلانك (الرمز h) كمعيار جديد لإعادة تعريف "كجم".