Kilogram, bütünüyle elde yapılmış fiziksel bir nesneye dayalı kalan son uluslararası ölçüm standartı durumundaydı. Bu ölçü biriminin standart taşıyıcı nesnesi de, kısa süre sonra fiziksel sabitleri temel alan uzay çağı ölçümleri ile değiştirilecek.

Norveç'in Oslo kentinin biraz dışında bulunan Norveç Ölçümbilim Servisi'nde, camdan bir koruyucunun içinde bulunan Norveç'in standart kilogram'ı tıpkı müzede sergilenen bir sanat eseri gibi duruyor. Aslında o ve onun gibi dünyanın farklı yerlerindeki ağırlık standartları, gerçekten de yakında müzelik olacak. Her şey planlandığı gibi giderse, Mayıs 2019 itibariyle, fiziksel standart kilogram yerine değişmeyen fiziksel sabitler kullanılmaya başlanacak. Norveç Ölçümbilim Servisi'nden Pekka Neuvonen ve Marit Ulset de bu geçiş ile ilgileniyor. Neuvonen, bu değişim ile kilogram'ı fiziksel bir nesneye bağımlı olmaktan kurtarmanın amaçlandığını belirtiyor.

Uluslararası ölçüm sisteminin (SI) büyük bölümü, Paris'in dışında bulunan Sévres'deki çok özel bir silindirin kütlesine bağlı. Bu silindir, "Le Grand K" adı ile biliniyor; yani "Büyük K". İşte 1 kg'ın uluslararası prototipi, bu Fransız silindiri. Norveç Ölçümbilim Servisi'nde ve dünyanın başka birçok yerinde de Büyük K'nın çok sayıda kopyası bulunuyor.

Fiziksel bir nesneye bağlı standart olarak kalan bir önceki ölçü birimi metre idi ve 1960 senesinde emekli edilmişti; şimdi de sıra Büyük K ile kopyalarına geldi. Metre artık ışığın 1/299 792 458 saniyede aldığı yol olarak tanımlanıyor. Işık hızı, bilebildiğimiz kadarıyla, en azından önümüzdeki birkaç milyon yıl boyunca değişmeyecek olan ve dolayısıyla metre'yi da sağlam şekilde koruyacak olan bir nicelik. Fiziksel nesneler ise zamanla değişebilir. Aslında Büyük K bile üretildiği 1800'lü yıllardan bu yana değişti. Değişim çok büyük değil ama ölçümbilimciler için önemli. Çünkü küçük değişimler büyük farklılıklar yaratabilir. Örneğin bir havayolu şirketi, Çin'den çok ince bir parça sipariş ederse ve ağırlığında gram'ın ufak bir kesri kadar bir fark oluşursa, sonuçları felaket olabilir. O nedenle, ölçüm birimlerini dünyanın ve hatta evrenin her yerinde aynı olan fiziksel sabitler cinsinden verebilmek büyük önem taşıyor.



Büyük K, 1889 yılında, %90 platinum ve %10 iridyumdan üretilmiş bir nesne. Kimyasal değişimlere karşı neredeyse altın kadar dayanıklı; ama yine de zaman iz bırakıyor. Platinum, az da olsa hava ile tepkimeye girebiliyor ve üzerinde toz birikebiliyor. Tozu temizlemek için fırçalama ve eter ile alkole batırılmış süet ile silme işlemi uygulanıyor. Ardından iki kez damıtılmış sudan elde edilen buhar üflenerek, bir hafta kadar kurumaya bırakılıyor. Bu son derece titiz bir yöntem olsa da, Büyük K'da ve dünyanın diğer yerlerindeki kopyalarında, ölçümbilimciler tarafından değişimler saptanıyor. Ağırlıkları birbirlerini tutmuyor.



Artık bu sorundan kurtulacağız; çünkü kilogram Planck sabitine bağlı olarak tanımlanacak. Bu sayı, bir ışık parçacığın rengi (dalgaboyuna bağlı bir özelliktir) ile taşıdığı enerjiyi ilişkilendirir. Kırmızı ışığın enerjisi nispeten azdır; mavininki ise daha çok. Peki ne kadar daha çok? Bu hesaplamayı yaparken Planck sabiti kullanılır: 6,62607004 × 10^-34 joule-saniye.

Fizik bize elektrik yükü ile kütle arasında bir bağlantı olduğunu söyler. Bunu ölçmeye yarayan alet ise watt terazisi veya diğer adıyla Kibble terazisidir. Kibble terazisindeki tepsilerden birine ağırlığı ölçülecek nesne konur; diğerine de denge sağlanana dek ağırlığı bilinen nesneler eklenir. Kibble terazisi, türdeş bir manyetik alandaki bobinden akan elektrik akımıyla üretilen kuvvet ile nesneyi dengeleyerek ölçüm yapar. Bobinden daha fazla akım geçtikçe, manyetik alan ve kuvvet daha güçlü olur. Sonunda, manyetik alan ölçmek istediğimiz nesnenin ağırlığını dengeler. Yani ağırlık, elektrik kullanılarak ölçülebilir.

Bununla birlikte, Büyük K'yı bir Kibble terazisinin üstüne öylece koyarak kilogram için yeni bir sabit ayarlayamayız. Öncelikle, ölçümbilimcilerin mümkün olan en büyük doğruluk ile Planck sabitinin değerini bilmesi gerekir. Ardından Kibble terazisini kullanarak, Planck sabitine dayalı yeni kilogram standartını belirleyebilirler. Kendilerini emniyete almak için ölçümbilimciler ayrıca Avogadro sayısına da dayalı bir kilogram protoipi de oluşturmak istiyor. Bu sayı, bir mol maddede bulunan atom sayısıdır: 6,02 x 10²³. Bu sayıyı kullanarak, ölçümbilimciler kilogram'ı ultra saf bir monokristalin silikon kürenin büyüklüğüne dayanarak tanımlayabilir. Bu yaklaşım hâlen geliştirme aşamasında bulunuyor.