0155 | 1 กิโลกรัมหนักเท่ากับอะไร?
เคยสงสัยกันมั้ยครับว่าไอ้ 1 กิโลกรัมนี่มันมีที่มามาจากไหน? หน่วยกิโลกรัมถูกนิยามโดยหน่วยงานฝรั่งเศษที่ชื่อว่า Le Système international d’unités (International System of Unit) ที่คุ้นเคยกันดีในชื่อมาตรฐาน metric นั่นเองครับ
หน่วยงานนี้ได้กำหนดมาตรฐานของหน่วยวัดหลักๆ ไว้ที่ใช้กันอยู่ปัจจุบันก็เช่น ระยะทาง (เมตร) , น้ำหนัก (กิโลกรัม) , เวลา (วินาที) , กระแสไฟ (แอมแปร์) , อุณหภูมิ (เคลวิน) แล้วก็อีกหลายๆ อย่างครับ ทีนี้สำหรับหน่วยทั่วๆ ไปอย่างเช่นเวลาหรือระยะทางเนี่ย เป็นการกำหนดโดยการ “นิยาม” อ้างอิงจากค่าคงที่ต่างๆ เช่นเวลาก็เป็นจำนวนรอบการเปลี่ยนสถานะของอะคอมซีเซียม-133 ที่มีจำนวนครั้งแน่นอน หรือระยะทาง ก็ใช้นิยามจากสัดส่วนความเร็วแสงในสุญญากาศ ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าเป็นค่าคงที่เสมอ แต่สำหรับน้ำหนักเนี่ย ปัจจุบัน (อันที่จริงก็ตั้งแต่ปี 1889) เป็นการนิยามค่าโดยยึดตามมวลต้นแบบของตัวเทียบกิโลกรัม ที่เป็นวัตถุที่จับต้องได้ แล้วเกิดปัญหาว่า เมื่อเวลาผ่านไป นำมวลต้นแบบมาวัดค่าน้ำหนักเทียบกับของเดิมแล้วมวลเปลี่ยน ! ทำให้น้ำหนัก 1 กิโลกรัมจะเปลี่ยนแปลงไปเสมอ หรือถ้าทำมวลต้นแบบหายไปก็ซวยกันเลยทีเดียว… แถม มีหน่วยวัดอีกหลายอย่างที่อิงกับมวล 1 กิโลกรัม แม้แต่น้ำหนัก 1 ปอนด์ที่บางประเทศใช้อยู่ก็นิยามจากน้ำหนัก 1 กิโลกรัม (0.45359237 เท่าของ 1 กิโลกรัม) ก็เลยเกิดแนวคิดที่จะสร้างนิยามใหม่ขึ้นมาครับ
วิธีที่หน่วยงานนี้ใช้ในการนิยามคือการสร้างวัตถุขึ้นมา 1 ชิ้นครับ โดยวัตถุที่ว่านี้ถูกสร้างขึ้นมาจาก “ซิลิกอน-28” เท่านั้น โดยซิลิกอน-28 บริสุทธิ์ 100% นี้มีมูลค่าถึง 1 ล้านดอลลาร์สหรัฐ — แพงเพราะต้องทำให้มีแค่ไอโซโธปเดียว และบริสุทธิ์ 100% — แล้วทำให้ “กลมที่สุดเท่าที่จะกลมได้” (วิธีทำดูได้ในคลิป) วัดเส้นผ่านศูนย์กลางด้วยเลเซอร์ความแม่นยำสูง แล้วคำนวณหาปริมาตรออกมา (ใช้สูตรคำนวณปริมาตรทรงกลมตอนมัธยมนี่แหละครับ) และเนื่องด้วยเรารู้ระยะช่องว่างระหว่างโมเลกุลของซิลิกอน-28 (หรือเรียกว่าความหนาแน่นของโมเลกุลก็ได้) ละเอียดแม่นยำอยู่แล้ว ก็ทำให้เราสามารถคำนวณหา “จำนวนอะตอม” ของซิลิกอน-28 ออกมาได้ และเมื่อได้จำนวนออกมาแล้วก็ใช้วิธีกำหนดให้ค่าที่ได้นี้เป็นน้ำหนักของ 1 กิโลกรัมขึ้นมาครับ
แต่เดี๋ยวก่อน จริงๆ แล้วการกำหนดนิยามอย่างเดียวอาจทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนได้ ดังนั้นจึงต้องมีตัวถ่วงดุลเพื่อที่จะทำหน้าที่ตรวจสอบซ้ำอีกครับ ทำให้การกำหนดนิยามนี้อาจจะสำเร็จอย่างเร็วในปีหน้า (2014) หรืออาจเลื่อนไปอีกได้ถ้ายังมีข้อโต้แย้งอยู่ครับ
แถม: (จากในคลิปแหละ) สำหรับมวลของน้ำ 1 ลิตร ณ อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส ที่ถือคร่าวๆ กันว่ามีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมพอดีนั้น จริงๆ แล้วมันหนัก 999.975 กรัมครับ อีก 0.025 กรัมจะครบกิโลพอดีแท้ๆ เสียดายจัง
