¿Cuánto pesa un kilogramo? 1.000 gramos, 2,20462 libras o 0,0685 slugs si nos basamos en el antiguo sistema gravitacional imperial. Pero, ¿de dónde procede en realidad esta cantidad y cómo podemos estar seguros de que todo el mundo utiliza la misma medida?
Desde 1889, los países miembros de la Conferencia General de Pesas y Medidas acordaron utilizar un bloque de metal estándar (guardado cerca de París) para definir el kilogramo. Sin embargo, aunque el bloque moderno se guarde en un entorno muy vigilado, su peso puede variar en cantidades microscópicas, puesto que el desgaste del tiempo hace que pierda masa y el polvo acumulado hace que aumente.
Para afrontar este problema los científicos de todo el mundo se han pasado casi dos décadas discutiendo otras formas de definir el kilogramo en relación a medidas naturales constantes y parece que por fin han llegado a un acuerdo.
El primer kilogramo (originalmente llamado grave) fue definido en el año 1793 por una comisión de la Academia Francesa de Ciencias con el fin de tener un mejor entendimiento de las cantidades fijas de grano que se habían utilizado hasta entonces. La comisión decidió que la nueva medida sería la masa de un decímetro cúbico de agua destilada a 4 ºC (la temperatura a la que el agua tiene su mayor densidad en condiciones normales).
La ventaja de este método en su día era que la mayoría de los laboratorios debidamente equipados podía reproducir dicho estándar y posteriormente se hizo en latón un prototipo de esta masa.
Desafortunadamente, esta definición de masa dependía de otra medida variable: el metro. En este punto, el metro solamente había sido definido de forma provisional como parte de la distancia desde el Polo Norte al ecuador. Una vez que se definieron con más exactitud los valores del metro y la temperatura del agua en su punto más denso, también hubo que redefinir el kilogramo y se creó un nuevo prototipo en platino para representar esta masa.
Finalmente, acabó siendo reemplazado por el prototipo internacional del kilogramo (IKP, por sus siglas en inglés) que utilizamos hoy en día: fabricado con una aleación de platino e iridio que incrementa su dureza y previene su reacción con el oxígeno. El prototipo internacional del kilogramo y otras seis copias se guardan en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas con sede en Saint-Cloud, cerca de París, para que actúe de referente ante posibles comparaciones futuras.
Las copias del prototipo se llevan por todo el mundo para asegurar que todos los países participantes utilizan el mismo estándar.
Los problemas con el kilogramo
Pero incluso en el prototipo moderno se pueden producir cambios en la masa y por ese motivo la Oficina Internacional de Pesas y Medidas ha decidido revisar las definiciones de un kilogramo y del resto de unidades de medida básicas utilizadas por la ciencia dentro del Sistema Internacional de Unidades (SI).
En vez de medir el kilogramo en comparación con un bloque guardado en un depósito, podemos definirlo basándonos en los valores precisos de las constantes naturales. Llegar a un acuerdo sobre la definición ha llevado mucho tiempo, puesto que necesitamos ser capaces de medir dichas constantes en estándares exactos con una exactitud de 30 ppb (por mil millones, lo que significa que las medidas tienen una precisión del 0,00000003%).
Los científicos ya lo han hecho a la hora de medir el tiempo y la longitud. Un segundo ya no es una fracción del tiempo que le lleva a la Tierra a rotar sobre su eje, puesto que la velocidad de rotación puede cambiar. Ahora se define como el tiempo que le lleva a cierta cantidad de energía a ser producida como radiación de átomos de cesio-133. Específicamente, un segundo equivale a 9.192.631.770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio.
Se trata de una medida que no puede cambiar, independientemente de cuándo o dónde se realice la medición. Fue entonces cuando los científicos fueron capaces de redefinir el metro en relación con el segundo y con otra constante natural: la velocidad la luz en el vacío (c), que los científicos han calculado en 299.792.458 metros por segundo. Por lo tanto, un metro ahora es la distancia que recorre la luz en 1/c segundos.
La nueva definición de kilogramo utiliza una medida de otro valor fijo natural: la constante de Planck (h) que será definida como 6,62607015×10−34 segundos julios.La constante de Planck se puede hallar dividiendo la cantidad de energía que porta una partícula de luz o "fotón" por su frecuencia electromagnética.
La constante normalmente se mide en segundos julios, pero también puede puede expresarse en metros cuadrados de kilogramos por segundo. Sabemos lo que es un segundo y lo que es un metro en base a otras definiciones, por lo que si añadimos estas medidas, junto con la medida exacta de la constante de Planck, podemos obtener una nueva definición del kilogramo muy precisa.
Otras unidades
Parte del motivo por el que la nueva definición ha llevado tanto tiempo es porque los científicos han tenido que crear dispositivos muy precisos con los que medir la constante de Planck con un grado de exactitud los suficientemente alto. Este método no está libre de controversia, puesto que rompería la relación que el kilogramo mantiene con otras unidades del Sistema Internacional, especialmente con el mol, una unidad con la que se mide la cantidad de una sustancia en términos de número de partículas de las que está hecha.
Como resultado, algunos científicos han propuesto métodos alternativos.
Pero tras un voto simbólico, la nueva definición de kilogramo será utilizada por la Oficina Internacional de Pesas y Medidas y por institutos nacionales de medidas de todo el mundo, junto con nuevas definiciones de otras unidades de medida básicas SI como el mol, el kelvin (temperatura) y el amperio (corriente eléctrica).
Para la mayoría de la gente la vida seguirá su curso normal a pesar de estas redefiniciones. Un paquete de azúcar estándar seguirá conteniendo tanto azúcar como siempre. Pero algunos de estos cambios, por ejemplo en el caso del kelvin, tendrán ventajas prácticas para los científicos a la hora de realizar mediciones muy precisas. En cuanto a la respuesta a la pregunta "cuánto es un kilogramo", ya no tendremos que comparar bloques de platino o tener cuidado de no rayarlos.
Autor: Kevin Pimbblet, profesor en Físicas, Universidad de Hull.
Este artículo ha sido publicado originalmente en The Conversation. Puedes leer el artículo original aquí.
Traducido por Silvestre Urbón.
