Khi bạn đi chợ mua 1 kg cam về ăn thì cân nặng mà bạn cầm trên tay đúng bằng với khối titanium hình trụ tròn đường kính 39mm, cao 39mm mà người ta đặt ở ngoại ô Paris từ cách đây 200 năm và đây cũng chính là căn cứ để toàn thế giới xác định như thế nào là 1 kilogram. Mặc dù khối titanium ấy vẫn được "nâng như nâng trứng, hứng như hứng hoa" nhưng vẫn còn đó những giới hạn khiến cho khái niệm 1 kg vẫn chưa thật sự chính xác. Và thật ra các nhà khoa học đang tìm giải pháp khác để định nghĩa lại khái niệm 1kg và điều đó không chỉ giúp 1 kg cam bạn mua chính xác hơn mà nó còn thay đổi cả nhiều ngành khoa học khác cùng hệ thống đo lường trên toàn cầu.
Hồi xưa người ta thường dạy về đơn vị 1kg bằng cách lấy ví dụ dựa trên cân nặng của nước, cụ thể là một "khối nước đá lập phương" với mỗi cạnh là 1/10 mét đang ở tại điểm nhiệt độ vừa đóng băng. Nghe có vẻ hợp lý nhưng điều đó chưa thật sự chính xác và từ năm 1875 thì khái niệm kilogram được định nghĩa bằng 1 khối trụ tròn bằng titanium được gọi là "Le Grande K" hay "Mẫu kilogram chuẩn quốc tế" (viết tắt là IPK).
Đây là một khối trụ tròn đường kính 39 mm và cao 39 mm đặt trong 3 chiếc lồng kính đồng tâm ở ngoại ô Paris nhằm bảo vệ nó khỏi bụi và mảnh vỡ vốn có nguy cơ khiến nó thay đổi trọng lượng. Các quốc gia theo hệ đo lường quốc tế đều có một bản sao của khối kilogram chuẩn giống hệt với bản chính và sau đó mỗi 10 năm một lần được mang ra so lại với bản chính. Thậm chí cả các quốc gia đo cân nặng theo hệ pound thì cuối cùng cũng dựa trên IPK vốn được quyết định bởi Tổ chức quốc tế về cân nặng và phương pháp đo lường.
Khối IPK được bảo quản trong 3 lớp lồng kính và gần như bất khả xâm phạm bởi con người, tuy nhiên vẫn chưa thể đảm bảo độ chính xác cho khái niệm 1 kg
Tuy nhiên, khối IPK vẫn còn nhiều điểm bất cập, chưa dựa vào bản chất vật lý cơ bản của tự nhiên và phụ thuộc nhiều vào công nghệ bảo quản, sao chép khối chuẩn. Stephan Schlamminger, nhà vật lý học tại Viện công nghệ và tiêu chuẩn đo lường quốc gia Mỹ cho biết rằng "vấn đề với kilogram tại Paris chính là nó quá chính xác đến độ người ta không muốn dùng nó." Ngay cả khi vừa chạm vào khối kilogram chuẩn thì dầu từ đầu ngón tay cũng có thể làm thay đổi trọng lượng của nó.
Hồi xưa người ta thường dạy về đơn vị 1kg bằng cách lấy ví dụ dựa trên cân nặng của nước, cụ thể là một "khối nước đá lập phương" với mỗi cạnh là 1/10 mét đang ở tại điểm nhiệt độ vừa đóng băng. Nghe có vẻ hợp lý nhưng điều đó chưa thật sự chính xác và từ năm 1875 thì khái niệm kilogram được định nghĩa bằng 1 khối trụ tròn bằng titanium được gọi là "Le Grande K" hay "Mẫu kilogram chuẩn quốc tế" (viết tắt là IPK).
Đây là một khối trụ tròn đường kính 39 mm và cao 39 mm đặt trong 3 chiếc lồng kính đồng tâm ở ngoại ô Paris nhằm bảo vệ nó khỏi bụi và mảnh vỡ vốn có nguy cơ khiến nó thay đổi trọng lượng. Các quốc gia theo hệ đo lường quốc tế đều có một bản sao của khối kilogram chuẩn giống hệt với bản chính và sau đó mỗi 10 năm một lần được mang ra so lại với bản chính. Thậm chí cả các quốc gia đo cân nặng theo hệ pound thì cuối cùng cũng dựa trên IPK vốn được quyết định bởi Tổ chức quốc tế về cân nặng và phương pháp đo lường.
Khối IPK được bảo quản trong 3 lớp lồng kính và gần như bất khả xâm phạm bởi con người, tuy nhiên vẫn chưa thể đảm bảo độ chính xác cho khái niệm 1 kg
Tuy nhiên, khối IPK vẫn còn nhiều điểm bất cập, chưa dựa vào bản chất vật lý cơ bản của tự nhiên và phụ thuộc nhiều vào công nghệ bảo quản, sao chép khối chuẩn. Stephan Schlamminger, nhà vật lý học tại Viện công nghệ và tiêu chuẩn đo lường quốc gia Mỹ cho biết rằng "vấn đề với kilogram tại Paris chính là nó quá chính xác đến độ người ta không muốn dùng nó." Ngay cả khi vừa chạm vào khối kilogram chuẩn thì dầu từ đầu ngón tay cũng có thể làm thay đổi trọng lượng của nó.
Do đó, rất hiếm khi người ta gỡ bỏ những chiếc lồng kính ra, đồng thời không bao giờ di chuyển nó tới nơi khác. Phần lớn những người quan tâm việc chính xác 1 kg là bao nhiêu, thí dụ như các nhà vật lý hoặc hóa học, đều hiệu chỉnh độ chính xác dụng cụ của họ dựa trên một bản sao của IPK chứ không phải là cái thật. Và vấn đề ở đây là các khối kilogram bản sao có thể có sự chênh lệch nhất định.
Vậy nên vào năm 2005, Hội đồng quốc tế về cân nặng và đo lường cho rằng khái niệm kilogram cần phải được định nghĩa lại, không dựa trên một vật thể vật lý mà tính bằng lý thuyết toán học để xác định 1 kg. Các nhà khoa học đang tìm tới hằng số Plank 6,626 x 10^-34 - con số thường gặp trong lý thuyết lượng tử, dùng để miêu tả về các hạt cơ bản như e hoặc photon với tính chất vật lý có giá trị gián đoạn, thí dụ như năng lượng của một hạt photon theo tần số.
Bằng cách này, kết hợp với phương trình nổi tiếng của Einstein là E = mc2, chúng ta có thể chuyển đổi năng lượng thành khối lượng. Cuối cùng, người ta có thể xác định được chính xác mối quan hệ toán học giữa tần số hạt và khối lượng, nói cách khác alf xác định khái niệm kilogram bằng tần số thay vì một vật ngoài đời như xưa giờ. Ưu điểm của cách làm này chính là tần số hạt gần như không bị ảnh hưởng bởi bất cứ điều gì nên có thể được sử dụng ở nhiều nơi khác nhau nhằm cùng cho một khái niệm kg thống nhất.
Có điều hằng số Plank có giá trị rất nhỏ, do đó sẽ rất khó để hoàn thành phương trình tính toán trên đây. Và trên thực tế thì các nhà khoa học dự đoán rằng phải tới năm 2018 mới hoàn thiện cách làm này. Một trong những vấn đề lớn khác chính là chúng ta vẫn không có công cụ để xác định chính xác hằng số Plank và hiện nhiều nhà nghiên cứu đang tìm cách làm được điều này.
Điển hình như Viện công nghệ và tiêu chuẩn đo lường quốc gia Mỹ đang phát triển một cỗ máy có thể đo được hằng số Plank. Giống như nhiều giá trị khác trong vật lý và thuyết tương đối, hằng số Plank được xác định theo các phép đo không thật sự chắc chắn. Tuy nhiên cỗ máy mới với tên gọi NIST-4 đã thu được những dữ liệu đầu tiên của nó và theo đó, các nhà khoa học có thể xác định được một giá trị với sai số chỉ 34 phần tỷ. So với tiêu chuẩn tại các tổ chức khác thì con số này đã đạt tới tiêu chuẩn chính xác, tuy nhiên bằng cách hoàn thiện quá trình tính toán, các nhà nghiên cứu hy vọng rằng sẽ đưa sai số xuống mức chỉ 20 phần tỷ.
Trên khắp thế giới, các nhà nghiên cứu khác cũng đang tìm cách để đo lường chính xác hằng số Plank. Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu quốc gia Canada cũng sử dụng phương pháp đo tương tự như của máy NIST-4 nhưng hướng tới sai số chỉ 19 phần tỷ và họ sẽ công bố kết quả nghiên cứu vào tháng 8 sắp tới. Và một khi tất cả các nhóm đã tìm ra cách tốt nhất để xác định hằng số Plank thì cuối cùng, chúng ta sẽ có được con số chính xác của 1 kilogram. Giáo sư Schlamminger chi biết rằng "IPK chỉ là một biểu tượng nhưng nó từng có một lịch sử phong phú trong ngành đo lường. Và tôi nghĩ rằng người ra sẽ không ném nó ngay vào thùng rác."
Và quá trình tái xác định khái niệm 1 kilogram cũng không hề đơn giản điều đó sẽ có tác động tới hơn 20 đơn bị khác trong hệ đo lường mét, bao gồm cả đơn bị đo áp suất, từ trường, điện tích,... đều dựa trên kilogram. Vì vậy một khi khái niệm kilogram được định nghĩa lại, sẽ có nhiều sự thay đổi khác trong cả ngành khoa học.
Quảng cáo
