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¿Porque un kilogramo pesa un kilogramo?

Jue, 4 noviembre, 2010

Después de escribir la entrada de El tiempo, me vino a la cabeza una pregunta.Al igual que me preguntaba por que un día tiene 24 horas y no 36, por ejemplo, me pregunte, por que la unidad de metro mide lo que mide. Es decir, ¿alguien corto una rama y dijo esta distancia que mide la rama se va llamar metro?,¿ o también existen razones, al igual que ocurría con el tiempo, por las que un metro mide lo que mide?. 

Y ya que he elegido el metro como ejemplo, continuemos con él.  Pero para ello necesitamos remontarnos hasta 1795 cuando se  instituyó en Francia el Sistema Métrico Decimal (en España fue declarado obligatorio en 1849).El Sistema Métrico se basa en la unidad “el metro” con múltiplos y submúltiplos decimales. Del metro se deriva el metro cuadrado, el metro cúbico, y el kilogramo que era la masa de un decímetro cúbico de agua.En aquella época la astronomía y la geodesia eran ciencias que habían adquirido un notable desarrollo. Se habían realizado mediciones de la longitud del arco del meridiano terrestre en varios lugares de la Tierra. Finalmente, la definición de metro fue elegida como la diezmillonésima parte de la longitud de un cuarto del meridiano terrestre. Sabiendo que el radio de la Tierra es 6.37·106 m

2π·6.37·106/(4·10·106)=1.0006 m

Como la longitud del meridiano no era práctica para el uso diario. Se fabricó una barra de platino, que representaba la nueva unidad de medida, y se puso bajo la custodia de los Archivos de Francia, junto a la unidad representativa del kilogramo, también fabricado en platino con forma cilindrica. Copias del metro y del kilogramo se distribuyeron por muchos países que adoptaron el Sistema Métrico.La definición de metro en términos de una pieza única de metal no era satisfactoria, ya que su estabilidad no podía garantizase a lo largo de los años, por mucho cuidado que se tuviese en su conservación.A finales del siglo XIX se produjo un notable avance en la identificación de las líneas espectrales de los átomos. A. A. Michelson utilizó su famoso interferómetro para comparar la longitud de onda de la línea roja del cadmio con el metro.En 1960, la XI Conférence Générale des Poids et Mesures abolió la antigua definición de metro y la reemplazó por la siguiente:

El metro es la longitud igual a 1 650 763.73 longitudes de onda en el vacío de la radiación correspondiente a la transición entre los niveles 2p10 y 2d5 del átomo de kriptón 86.

Este largo número se eligió de modo que el nuevo metro tuviese la misma longitud que el antiguo.La XVII Conférence Générale des Poids et Mesures del 20 de Octubre de 1983, abolió esta última definición de metro y promulgó otra nueva:

El metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo.

Estos cambios de definiciones de metro no quieren decir que se haya modificado la medida del metro. Lo único que se ha hecho ha sido buscar una definición mejor, más simple o más aproximada.

Como he dicho hace un poco, a la vez que se fabricó una barra de platino para definir la unidad metro, también se fabrico un cilindro de platino el cual indicaba la unidad del kilo. Sin embargo, este de momento no ha tenido la misma suerte que el metro  y sigue sin tener una definición clara, ya que ha día de hoy es la única unidad básica del sistema internacional que se sigue definiendo en términos de un objeto patrón, por las dificultades que presenta definirlo mediante un experimento, de modo semejante a como se hace en las demás, aunque se han propuesto varios métodos. Por esta razón hace poco que EEUU a través de su Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, ha puesto una queja formal a la Oficina Internacional de Pesos y Medidas francesa para ver si cambian la definición. Ya que el cilindro tiene mas de 130 años y aunque cada cierto tiempo se comprueba que el peso no varia, los años pasan y ya ha perdido 50 microgramos. Que para cualquiera de nosotros eso no es nada, pero para los científicos que trabajan con medidas muy exactas pues son 50 microgramos de error. Se están probando varios métodos para obtener una definición clara pero de momento no se ha conseguido nada fijo. Uno de esos métodos es  medir el kilo respecto a la constante de Planck, del campo de la física cuántica.

Actualización (26-01-2001): Científicos de todo el mundo se reúnen para redefinir el valor del kilogramo.

El kilogramo además es la única unidad básica con un prefijo multiplicativo, lo que induce a error, pues se puede interpretar que la unidad básica es el gramo.

Y ya para finalizar, vamos a hablar de la unidad segundo. Su primera definción fue: “el segundo es la 1/86,400 parte del día solar medio”. Pero con el aumento en la precisión de medidas de tiempo se ha detectado que la Tierra gira cada vez más despacio (alrededor de 5ms por año), y en consecuencia se ha optado por definir el segundo en función de constantes atómicas. Desde 1967 se define como “la duración de 9.192.631.770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado natural del átomo de cesio-133“.

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