Ngày 16/11/2018, Hội nghị Cân nặng và Đo lường (CGPM) tổ chức tại Versailles sẽ tiến hành bỏ phiếu, thông qua việc thay đổi đại lượng kilogram (hay Kilôgam) cũ sau 120 năm sử dụng và thay vào đó là một đại lượng kg hoàn toàn mới chính xác hơn.
Tại sao phải thay đổi định nghĩa kg?
Kilôgam (viết tắt là kg) là đơn vị đo khối lượng, một trong bảy đơn vị đo cơ bản của hệ đo lường quốc tế (SI) - một hệ thống đo lường các đại lượng vật lý như thời gian, thể tích, chiều dài, cường độ dòng điện, nhiệt độ, số hạt nguyên tử và cường độ chiếu sáng.
Tuy nhiên khác với các đơn vị khác, đều được định nghĩa dựa trên thuật ngữ của các hiện tượng tự nhiên không đổi (hằng số trong tự nhiên) thì kg là đơn vị đo lường cơ bản duy nhất có thể thay đổi do phụ thuộc vào một vật cụ thể mà người ta lấy làm tiêu chuẩn.
Quả cân tiêu chuẩn đặt tại Paris, Pháp. Ảnh: Epochtimes.com
Vật cụ thể đó chính là một quả cân có tên Le Grand K (được chế tạo từ 90% platin và 10% iridi thành một hình trụ tròn đường kính 39 mm, cao 39 mm) đang được bảo quản và lưu trữ tại Văn phòng Cân đo Quốc tế (viết tắt BIPM) có trụ sở tại Pháp.
Mỗi quốc gia sử dụng hệ thống đo lường quốc tế SI sẽ có một bản sao của khối kilôgam chuẩn nguyên bản trên, được chế tạo và bảo quản y hệt như bản chính để từ đó làm tiêu chuẩn đo lường khối lượng.
Trong khi các đại lượng đo lường tiêu chuẩn khác không hề thay đổi theo thời gian thì trái lại 1 kg là một đại lượng duy nhất thay đổi theo thời gian (thực tế cứ 10 năm người ta lại phải cân các "bản sao" của quả cân nguyên bản).
Nói cách khác, khái niệm kg mang tính tương đối thay vì tuyệt đối như các đại lượng đo lượng khác, nó hoàn toàn có thể bị sai số theo thời gian vì sự mất mát nguyên tử và phụ thuộc quá lớn vào công nghệ bảo quản của con người thay vì yếu tố tính chất vật lý cơ bản của tự nhiên.
Hội nghị Cân nặng và Đo lường (CGPM) tổ chức tại Versailles sẽ tiến hành bỏ phiếu, thông qua việc thay đổi đại lượng kilogram cũ sau 130 năm sử dụng. Ảnh: BIPM
Mặc dù độ chính xác của công nghệ sao chép khi làm ra các quả cân "bản sao" từ quả cân nguyên bản là rất cao nhưng không phải tuyệt đối và như vậy sẽ xuất hiện sai số (con số thực nghiệm chỉ ra sai số này là 2 micrôgam so với quả cân gốc).
Sai số này sẽ lớn hơn theo thời gian và chưa kể quả cân gốc cũng thay đổi số lượng nguyên tử theo thời gian (thực tế, khối lượng kilôgam chuẩn đã giảm 50 micrôgam trong 100 năm qua).
Như vậy "1kg" ở mỗi quốc gia lại hoàn toàn không giống nhau và thậm chí "1kg" tính theo quả cân gốc 100 năm sau cũng đã khác biệt so với "1kg" ở thời điểm quá khứ rồi.
Chúng ta cho rằng một vật mất đi 1 vài nguyên tử (1 nguyên tử nặng xấp xỉ 1.66053886 x 10^-27 kg) thì không hề đáng kể, tuy nhiên trong thế giới lượng tử thì đó là cả một vấn đề lớn vì vật đó hoàn toàn đã là một vật khác so với lúc đầu.
Điều đó cũng giống như bạn đổ một cốc chứa nước này vào một cốc nước rỗng giống hệt nó (tất nhiên là không làm đổ ra ngoài 1 giọt nào), bạn cho rằng lượng nước là hoàn toàn không đổi ư !? Thực tế, khối lượng hai cốc nước đã có sự khác nhau rồi đấy.
Lý do là trong quá trình đổ, các nguyên tử đã bị mất mát (như bốc hơi, một số bám vào thành cốc của cốc nước ban đầu...) và do đó cốc nước được đổ sang sẽ nhẹ đi một ít. Điều này chúng ta không thể thấy bằng mắt thường hay sử dụng các loại cân thông thường.
Sử dụng một đại lượng đo có thể thay đổi như vậy thật chẳng hề dễ chịu gì đúng không nào, đó là lý do các nhà khoa học đã kêu gọi thay thế định nghĩa khối lượng của kilôgam tiêu chuẩn ở Paris tại cuộc họp của Hội khoa học Hoàng gia tại Luân Đôn vào ngày 15/2/2005.
Vậy đại lượng kg mới sẽ thay đổi như thế nào so với đại lượng cũ nếu nó được thông qua?
Đầu tiên, chúng ta phải tìm hiểu định nghĩa kg mới, theo đó các nhà khoa học đưa ra đề xuất xác định khái niệm "một kilogram" thông qua đại lượng hằng số Planck (ký hiệu là h). Như vậy, thay vì lấy 1 vật làm định nghĩa kg, người ta thay thế nó bằng 1 hằng số.
Hằng số Planck. Ảnh: World News
Đây là hằng số toán học vô cùng quan trọng trong cơ học lượng tử và xuất hiện trong nguyên lý bất định nổi tiếng của Werner Heisenberg). Không những thế, bản thân hằng số Planck cũng dựa trên hai đại lượng đo lường là hằng số.
Cụ thể, hằng số Planck xác định trên khái niệm mét đo bằng tốc độ ánh sáng, và khái niệm giây được đo bằng tần số tick của xezi nên độ chính xác của nó gần như là tuyệt đối.
Người ta sẽ không cần lo sợ sự thay đổi theo thời gian hay không gian của "1kg"
Chúng ta sẽ không cần những bản sao của quả cân tiêu chuẩn ở Pháp hay phải đo lại để tránh sai số sau cứ 10 năm nữa, thay vào đó mỗi quốc gia đều có thể tự mình các định chính xác tới độ nguyên tử của 1 kg mà không lo sợ nó sẽ thay đổi sau 10 năm hay 20 năm...
Như vậy, nếu được thông qua thì có thể sắp tới đây khối kim loại quy chuẩn IPK tại Pháp sẽ chỉ còn là vật được trưng bày ở viện bảo tàng lịch sử khoa học mà thôi.
Bài viết được dịch từ các nguồn: Sciencealert, Theworldnewsonline, VOX