Connect with us

ข่าววิทยาการ

ความหมายของกิโลกรัมที่เรารู้จัก กำลังจะเปลี่ยนไป!

ในปัจจุบันนี้น้ำหนักมาตราฐานของกิโลกรัมถูกกำหนดด้วยน้ำหนักของทองคำขาวที่ถูกเรียกว่า ‘Le Grand K’ ซึ่งปัจจุบันถูกเก็บรักษาอยู่ที่ปารีส (ตามรูปด้านบน) แต่นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการโหวตที่จะนำทองคำขาวนี้ออก แล้วใช้กระแสไฟฟ้ามาเป็นมาตราฐานของกิโลกรัมแทน ความคิดริเริ่มนี้เกิดจากการประชุมสมัชชาการชั่งน้ำหนัก และมาตราวัดในฝรั่งเศส แต่นักวิทยาศาสตร์ เช่น Purdey Williams ที่ National Physical Laboratory เขาให้ความเห็นว่า มันคงจะกลายเป็นเรื่องที่น่าสนใจเป็นอย่างยิ่งกับการเปลี่ยนแปลง ถึงแม้มันจะน่าเศร้า (ที่ ‘Le Grand K’ จะถูกปลด) แต่นี่จะกลายเป็นก้าวที่สำคัญมาก

ทำไมเราถึงไม่ใช้ทองคำขาวเป็นมาตราฐานในการชั่งกิโลกรัมแล้ว?

Le Grand K ได้ถูกใช้เป็นหน่วยชั่งน้ำหนักสากลมาตั้งแต่ปี 1889 และมีการใช้ทองคำขาวนี้เป็นต้นแบบกันอย่างแพร่หลาย แต่ในทุกๆ ปีน้ำหนักของ Le Grand K ได้เปลี่ยนแปลงไปทุกๆ ปีเพราะความเสื่อม หรือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งหน่วยกิโลกรัมจำเป็นต้องมีค่าที่ไม่คลาดเคลื่อน เพื่อไม่ให้ส่งผลถึงหน่วยน้ำหนักอื่นๆ ในโลกที่การวัดเป็นเรื่องที่สำคัญในหลายๆ พื้นที่ เช่น การพัฒนายา นาโนเทคโนโลยี และความแม่นยำทางวิศวกรรม สิ่งเหล่านี้ล้วนได้รับผลกระทบทั้งสิ้น

ถึงแม้ความผันผวนของ Le Grand K จะมีเพียง 50 ในพันล้านส่วน หรือความเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักในปริมานที่น้อยมาก แต่มันกลับส่งผลกระทบอย่างมาก การเปลี่ยนมาใช้มาตรวัดกระแสไฟฟ้าจะช่วยให้มีเสถียรภาพมากขึ้น ดร. Stuart Davidson หัวหน้าของ mass spectrometry ที่ NPL กล่าว เรารู้เรื่องนี้จากการที่เรานำตัวก็อปปี้ของ Le Grand K ที่แจกจ่ายไปเป็นมาตรฐานทั่วโลก กลับมาเปรียบเทียบกับ Le Grand K ต้นแบบ ซึ่งตัวก็อปปี้จะไม่ได้ถูกเก็บไว้อย่างดีเหมือนตัวต้นแบบ ทำให้ความเปลี่ยนแปลงยิ่งเยอะเข้าไปใหญ่ ถึงมันจะเป็นค่าที่เล็กน้อยแต่ก็มีนัยยะสำคัญทางวิทยาศาสตร์ ถึงแม้ตอนนี้ Le Grand K จะยังใช้งานได้ แต่ไม่ใช่ใน 100 ปีข้างหน้าแน่

แล้วระบบใหม่นี้ทำงานอย่างไร?

Kibble balance การใช้ไฟฟ้ามากำหนดนิยามของกิโลกรีม

นักวิทยาศาสตร์ใช้แม่เหล็กไฟฟ้าในการทำเป็นเครนยกของ เช่น การยกรถ แรงดึงของแม่เหล็กไฟฟ้าจะแปรผันโดยตรงกับกระแสไฟฟ้าที่ผ่านเข้าไป น้ำหนัก และกระแสไฟฟ้าจึงแปรผันตรงต่อกัน ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงสามารถกำหนดน้ำหนักที่ต้องการได้ ด้วยการกำหนดกระแสไฟฟ้า ความสัมพันธ์นี้เราเรียกว่า ‘ค่าคงตัวของพลังค์’ ซึ่งแทนด้วย h. แต่ค่า h. ไม่สามารถวัดได้ ดร. Bryan Kibble จึงได้สร้างเครื่องวัด super-accurate ขึ้นมา ภายหลังเป็นที่รู้จักกันว่า Kibble balance เครื่องนี้จะมีแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ข้างหนึ่งแล้วอีกข้างหนึ่งเป็นตัวถ่วงน้ำหนัก กระแสไฟฟ้าจะถูกปล่อยเข้าไปจนกว่าคานชั่งจะเท่ากันทั้งสองข้าง ด้วยการวัดกระแสไฟฟ้าที่ส่งผ่านแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำให้นักวิทยาศาสตร์คำนวนค่าความแม่นยำของค่า h. ได้ถึง 0.000001%

ช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมาทุกการจำลองกิโลกรัมจะต้องนำมาเทียบกับ Le Grand K. แต่ระบบใหม่นี้จะทำให้ทุกคนสามารถตรวจสอบความสมดุลได้ทุกที่ทุกเวลา

อ้างอิง

แชร์โพสนี้

แสดงความคิดเห็น