เมื่อ “กิโลกรัม” เปลี่ยนไป จากอิงตามน้ำหนักของก้อนโลหะ สู่น้ำหนักที่คงที่ทั่วทั้งจักรวาล

กิโลกรัม หน่วยวัดน้ำหนักที่เป็นมาตรฐานมานานแสนนานนั้น พึ่งจะได้รับคำนิยามใหม่ในวันที่ 20 พฤษภาคม โดยจะเปลี่ยนจากการอ้างอิงจาก “Le Grand K” ก้อนโลหะทรงกระบอก ที่ถูกเก็บรักษาไว้เป็นอย่างดีในปารีส ให้เป็นตามค่าคงตัวของพลังค์ (Planck Constant) แทน ซึ่งนี่จะทำให้ค่าของกิโลกรัมนั้นคงที่ไปตลอดกาลได้

Le Grand K

ทว่าการเปลี่ยนแปลงในหนนี้ก็คงไม่ได้ส่งผลต่อชีวิตประจำวันของเรามากนัก เพราะถึงนิยามของกิโลกรัมจะเปลี่ยนแปลงไป แต่น้ำหนักของสรรพสิ่งต่าง ๆ บนโลกที่เราใช้งานอยู่ก็ไม่ได้ลดลงจนน่าใจหาย (อาจเป็นข่าวดีและข่าวแล้วในเวลาเดียวกัน) โดยสิ่งที่การเปลี่ยนแปลงในครั้งนี้จะส่งผลนั้น คือหน่วยกิโลกรัมจะได้เป็นหน่วยวัดที่เพอร์เฟ็กกับเขาเสียที หลังจากที่หน่วยวัดอื่น ๆ เขาอ้างอิงจากค่าคงตัวทางฟิสิกส์กันไปหมดแล้ว

Le Grand K

Le Grand K หรือ International Prototype Kilogram เป็นก้อนอัลลอยของแพลตินัมกับอิริเดียมทรงกระบอก เป็นนิยามที่ใช้เทียบเท่ากับ 1 กิโลกรัมมานานกว่า 1 ศตวรรษแล้ว และนอกจากก้อนต้นฉบับที่ถูกเก็บรักษาในปารีสแล้วนั้น Le Grand K ยังมีอีกหลายก้อนที่ถูกส่งไปให้กับนานาประเทศ (รวมทั้งประเทศไทยของเราด้วย) เพื่อใช้สำหรับการนำมาเทียบค่าน้ำหนักของกิโลกรัมกับก้อนต้นฉบับ

แม้แต่สหรัฐอเมริกา ซึ่งใช้หน่วยวัดแบบ Imperial (ปอนด์, ฟุต, แกลลอน) ก็ยังอ้างอิงค่ามาจากหน่วยกิโลกรัมเช่นกัน ซึ่ง 1 ปอนด์ของสหรัฐนั้นเท่ากับ 0.45359237 กิโลกรัมนั่นเอง

แต่ปัญหาก็คือ Le Grand K นั้นเป็นสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้น ซึ่งแน่นอนว่ามันไม่สมบูรณ์แบบ และ Le Grand K ก็ได้สูญเสียน้ำหนักไปแล้วถึง 50 ไมโครกรัม (น้ำหนักประมาณขนตามนุษย์ 1 เส้น) แต่พอมันสูญเสียน้ำหนักขึ้นมา ก็ได้ทำให้น้ำหนักของกิโลกรัมนั้นต้องลดลงไป 50 ไมโครกรัมตาม เนื่องจากนิยามเก่ากำหนดให้ Le Grand K นั้นเท่ากับ 1 กิโลกรัม ไม่ว่าจะเป็นอย่างไรก็ตาม

A copy of the “provisional” metre installed 1796-1797

ก่อนจะทำความเข้าใจในการเปลี่ยนแปลงของหน่วยกิโลกรัม มาย้อนดูหน่วยวัดระยะทางยอดนิยมอย่างเมตร ซึ่งแต่เดิมก็ถูกนิยามว่าเท่ากับระยะของไม้ ๆ หนึ่ง ที่เก็บไว้ในฝรั่งเศส ก่อนจะเปลี่ยนมาเท่ากับความยาวคลื่นหนึ่งจากการแผ่รังสีของอตอม Krypton-86 แต่ปัญหาก็คือค่าทั้งสองนั้นไม่คงที่ เช่นเดียวกับกิโลกรัมในปัจจุบัน

ทางแก้ของเมตรนั้นก็คือเอาไปเทียบกับระยะทางที่แสงเดินทางได้ในสูญญากาศ ซึ่งเป็นค่าคงที่ ๆ ไม่มีทางเปลี่ยนแปลงได้เสียเลย และในปัจจุบัน 1 เมตรนั้นเท่ากับระยะทางที่แสงเดินทางในสูญญากาศเป็นเวลา 1/299,792,458 วินาทีนั่นเอง

สำหรับกิโลกรัมแบบใหม่ที่อิงจากค่าคงตัวของพลังค์นั้น ก็จะใช้วิธีที่คล้ายคลึงกับการเปลี่ยนคำนิยามของเมตรจากที่อิงตามวัตถุ มาเป็นอิงตามค่าคงตัว นั่นก็คือนำค่าที่นิยาม ณ ตอนนั้น มาฝังลงในค่าคงตัว นั่นทำให้เราจะไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงหน่วยแบบโกลาหลจากทั่วโลก แต่ค่าของกิโลกรัมที่ตอนนี้จะยังคงตัวอยู่ต่อไปตลอดกาล

วันนี้พวกเราก็ต้องบอกลานิยามกิโลกรัมแบบเก่าอย่างเป็นทางการได้แล้ว และใครก็ตามที่มีอุปกรณ์อย่างเหมาะสม ก็จะสามารถหาค่าของกิโลกรัมที่แท้จริงได้จากทุกที่ทุกเวลา ตามเป้าหมายที่บรรดาค่า SI ควรจะเป็นเสียที

The Kibble balance weight measuring instrument

Written by: KornKT 

Appendix : 1 / 2 /