Este viernes, la humanidad ha tomado una decisión de suma importancia: representantes de más de 60 países, reunidos en Versalles, acaban de aprobar una nueva definición del kilogramo. La definición de lo que representa un kilogramo fue desarrollada en el siglo XIX sobre la base de un objeto físico: un cilindro de iridio de platino que se encuentra custodiado en la actualidad en una bóveda cerrada de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas, en Francia.
Un kilogramo se definía en función del peso de este cilindro; sin embargo, la posibilidad de que ocurriese algún cambio en este objeto implicaba que era necesario cambiar el sistema global de medición en su totalidad. Sin embargo, se ha redefinido esta medida, atándola a una cualidad fundamental del universo: la constante de Planck; esta describe la unidad de energía más pequeña posible.
La definición tradicional del kilogramo estaba sujeta a errores humanos
Gracias al Sistema Internacional de Unidades, tenemos la posibilidad de comunicar medidas de forma estandarizada. Este sistema fue creado en la época de la lustración a fin de estandarizar las unidades de medida, evitando disputas entre naciones con criterios distintos. Así, para 1875, se oficializó este sistema, por lo que se forjaron dos prototipos de platino e iridio, de una barra de un metro de largo y de un cilindro de un kilogramo; la idea era que sirvieran de modelo para todas las naciones.
Posteriormente, tras los avances científicos, el sistema fue incluyendo otras unidades para otros tipos de mediciones, por lo que las definiciones se revisaron aumentando su precisión; de hecho, se derivaron leyes universales inmutables a partir de esto. Con la inclusión de estas otras medidas, se hizo obvio que el prototipo de un kilogramo, al ser hecho por el hombre, está sujeto a errores.
Aún más, en 1980 este modelo fue revisado, tras lo que se descubrió que pesaba unos microgramos menos de lo que debería pesar. Esto implica que el sistema de medición carecía de la precisión necesaria. Por tanto, tras discusiones, en 2014 los científicos decidieron que era necesario redefinir el kilogramo; sin embargo, para ello era necesario conocer el valor de la constante de Planck.
Para redefinir el kilogramo es necesario calcular la constante de Planck
En función de los planteamientos de Einstein sobre la relación entre la masa y la energía, determinar la energía contenida en la constante de Planck permitiría desarrollar una definición de la masa en estos términos. De esta forma, sería posible mantener un valor del peso que se mantendría constante en el tiempo y en el espacio; esto sería más preciso que depositar la confianza en un cilindro de metal creado por el hombre.
No obstante, el cálculo de la constante de Planck no ha sido sencillo; se requiere de una precisión suficiente como para complacer el escrutinio de los científicos. Para lograrlo, se tienen dos opciones; en primer lugar, es necesario contar todos los átomos presentes en una esfera de silicio perfectamente redonda.
Por su parte, la segunda opción requiere de una máquina de pesaje que mide la masa de los objetos al calcular la fuerza requerida para levantarlos. Ambas opciones requieren de instrumentos costosos y precisos. De hecho, en todo el mundo solo existen dos máquinas como la mencionada anteriormente; una está en Canadá y la otra en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, en Gaithersburg.
Investigadores dan con el cálculo de la constante de Planck
Tras plantear la necesidad de redefinir el kilogramo, los científicos propusieron como requisito que el cálculo de la constante de Planck se hiciera a una incertidumbre de 20 partes por millón; es decir, dentro del 0,000002% de lo que se considera como el valor correcto.
El límite para lograr esto era el 30 de junio de 2017; un día antes de esta fecha, Jon Pratt, líder del equipo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, dio con una cifra que cumplía con este criterio. De acuerdo a los resultados, la constante de Planck equivale a 6.626069934 x 10-34 kg m2 .m2 / s, con una incertidumbre de 13 partes con billón.
Esta cifra representa el valor más cercano a la perfección de lo que ha alcanzado cualquier otra persona, permitiendo redefinir el kilogramo en función de leyes que trascenderán al espacio y al tiempo.
Finalmente, los investigadores aseguran que si bien la redefinición de esta medida no tiene implicaciones sobre la vida cotidiana, tiene aplicaciones prácticas en varios campos que dependen de la meticulosidad de las unidades de medición. Aún más, se trata de un acercamiento a la comprensión de las leyes que rigen a la naturaleza lo que, en un futuro, permitirá que los científicos diseñen un mundo mejor.
Referencia: Kaplan, S. (2018). A massive change: Nations redefine the kilogram. The Washington Post