Ametlikult otsustatud: kilogrammi definitsioon muudetaksegi ära

Kilogrammi seni kasutatud etalon. Foto: Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Büroo / Scanpix

Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Büroo otsustas tänasel koosistumisel saata senise kilogrammi etaloni ärateenitud puhkusele ning siduda massiühik Plancki konstandiga.

Kokku osalesid Pariisis toimunud kohtumisel teadlased 57 riigist ning otsus senine kilogrammi definitsioon õhtule saata võeti vastu ühehäälselt. Edaspidi ei ole kilogramm seega seotud mitte konkreetse materiaalse esemega nagu seni, vaid defineeritud läbi füüsikaliste kontsantide, täpsemini kvantmehaanikast tuntud Plancki konstandi.

See teeb kilogrammist viimase SI-süsteemi põhiühiku, mille definitsioon etalonipõhisest konstandipõhiseks muudetakse. Nimelt on Pariisis Sevres’ äärelinnas spetsiaalses seifis kiivalt hoitav etalon kõigist turvameetmetest hoolimata aegamööda väiksemaks kulunud. Hinnanguliselt on tema mass võrreldes 1889. aastaga, mil see konkreetne etalon kasutusele võeti, kaotanud ligikaudu 50 mikrogrammi.

Tavakodanikule, kellele massiühik on ennekõike vajalik tarbeesemete kaalumiseks, ei tähenda selline muutus mõistagi suurt midagi, kuid ülitäpsetes teaduseksperimentides võib muutus kaasa tuua juba märkimisväärseid vigu. Lisaks kaasneb kogu mõõteühiku materiaalsele esemele tuginemisega ka ebatõenäoline, kuid siiski mitte eiratav oht – kui vihiga peaks midagi juhtuma, muutub kogu mõõtühik.

Uue definitsiooni järgi on kilogramm defineeritud hoopis elektromagnetilise jõu põhimõtete kaudu. Nimelt peab iga metalleset tõstev elektromagnet rakendama tõstetavale esemele jõudu, mis on tema kaaluga vähemalt võrdne või suuremgi. Piltlikult öeldes – kui seni on kilogrammi kontrollitud traditsioonilise vihtidega kaalu põhimõttel, siis uue definitsiooni järgi hakkab sama asi käima eseme tõstmiseks kasutatud elektromagnetilise jõu läbi. Seda võrreldakse omakorda ülitäpselt üle mõõdetud Plancki konstandiga (6,62607015 × 10^-34 m^-2s) ning tulemuseks saabki kilogrammi.

Füüsikud seadistamas Kibble'i kaalu, millest saab alates tuleva aasta maikuust kilogrammi mõõtmise kuldstandard. Foto: Christophe Petit Tesson/EPA/Scanpix

Sellise süsteemi eeliseks on, et põhimõtteliselt on täpse kilogrammi välja arvutamine võimalik ükskõik kus. Tegelikkuses aga on selleks vaja niivõrd keerukat nn Kibble’i kaalu, millesuguseid on maailmas siiski vaid piiratud kogus. Ühe metallikamaka hegemoonia on aga läbi.

Kilogrammi uus definitsioon hakkab kehtima 2019. aasta 20. maist.

Viimane langeja

Kilogrammi ümbermääratlemisega jõuab lõpule aastakümneid kestnud Si-süsteemi konstandialusele üle viimine. Kõik teised ühikud sekundist amprini on juba ammu omale uue definitsiooni leidnud.

Näiteks temperatuuri ühik Kelvini kraad on tänaseks defineeritud kui 1/273,16 vee kolmikpunkti termodünaamilisest temperatuurist. Järelikult on temperatuuriühik defineeritud läbi absoluutse nulli (-273,15°C) ja konkreetse füüsikalise nähtuse, vee kolmikpunkti. Kolmikpunkt on kindel temperatuuri ja rõhu väärtuste kombinatsioon, mille puhul on aine olekud (tahke, vedel, gaasiline) omavahel tasakaalus.

Pikkusühik meeter aga, mis oli algselt defineeritud kui 1/10 000 000 Pariisi läbiva meridiaani poolest pikkusest, on alates 1983. aastast võrdne vahemaaga, mille valgus läbib vaakunis 299792458^-1 sekundi jooksul.