تجدیدنظر و تعریف دوباره معیار جهانی وزن

در زمانه کاهش وزن و تناسب اندام، حتی معیار وزن هم نگران وزن خود است. دانشمندان می گویند کیلوگرم استاندارد سبک تر می شود و این امر می تواند باعث ایجاد اشتباه های بالقوه یی در بسیاری از تحقیقات علمی شود. کیلوگرم به وسیله استوانه یی از جنس پلاتین – ایریدیم که در سال ۱۸۸۹ در انگلستان ساخته شده است، تعریف می شود. هیچ کس نمی داند دلیل این کاهش وزن چیست یا حداقل چرا وزن این استوانه در مقایسه با دیگر وزنه های مرجع کاهش می یابد، اما در هر صورت این تغییر وزن عاملی شد تا جست وجویی بین المللی برای یافتن تعریف دقیق تری از وزن صورت گیرد.
«پیتر بیکر» یکی از دانشمندان آزمایشگاه استانداردهای فدرال که موسسه یی با ۱۵۰۰ محقق است و کارش اختصاصاً توسعه روش های جدید برای اندازه گیری هرچه دقیق تر کمیت هاست، در این مورد می گوید؛ «مطمئناً داشتن استانداردی که به طور مرتب در حال تغییر است، مفید نخواهد بود.» حتی تغییری به اندازه ۵۰ میکروگرم (کمتر از وزن یک دانه نمک) در یک کیلوگرم برای ایجاد خطا در محاسبات دقیق علمی کافی است.
دکتر «بیکر» سرپرست یک گروه بین المللی از محققانی است که در جست وجوی راهی برای ارائه تعریف جدیدی از کیلوگرم بر پایه تعداد اتم های یک عنصر خاص هستند. دیگر دانشمندان از جمله محققان انستیتو ملی و فناوری در واشنگتن، در حال توسعه فناوری دیگری هستند تا کیلوگرم را با استفاده از مکانیسم پیچیده دیگری که با عنوان ترازوی وات شناخته می شود، تعریف کنند. تصمیم نهایی نیز بر عهده کمیته بین المللی اوزان و مقادیر است. این سازمان طی یک معاهده بین المللی در سال ۱۸۶۵ به وجود آمده است و حفاظت از کیلوگرم مرجع بین المللی را برعهده دارد و آن را تحت تدابیر شدید امنیتی در شاتو واقع در حومه پاریس نگهداری می کند. این استاندارد سالی یک بار تحت تدابیر شدید امنیتی توسط تنها سه نفری که کلید آن را در اختیار دارند، بازبینی می شود. اما تغییر وزن ایجادشده خاطرنشان کرده است زمان کنار گذاشتن این استاندارد برای انجام اندازه گیری ها فرا رسیده است. دکتر «ریچارد دیویس» رئیس قسمت جرم در بخش تحقیقات کمیته بین المللی می گوید؛ «این کار قسمتی از وظایف ماست. اگر نتوان به مفاد پیمان نامه پایبند بود، لازم است تغییراتی در آن صورت گیرد.»
کیلوگرم تنها مورد از هفت واحد اصلی اندازه گیری است که از زمان تعریف آن در قرن نوزدهم تاکنون بدون تغییر مانده است. طی سالیان گذشته، دانشمندان در تعریف واحدهایی نظیر متر (که در اصل بر مبنای محیط زمین تعریف شده بود) و ثانیه (که براساس کسری از یک روز تعریف شده بود) تجدیدنظر کرده اند. هم اکنون متر براساس فاصله یی که نور طی ۴۵۸۶۹۲۲۹۹/۱ ثانیه طی می کند و ثانیه براساس مدت زمانی که طول می کشد اتم سزیم ۶۶۰۶۳۱۱۹۲۹ مرتبه ارتعاش کند، تعریف می شود.
هرکدام از این کمیت ها را می توان با دقت بسیار اندازه گرفت و نکته دیگری که از اهمیت مشابهی برخوردار است آنکه در هر کجای جهان می توان آنها را دوباره ایجاد کرد. در ابتدا کیلوگرم براساس جرم یک لیتر آب تعریف شده بود، اما بعدها مشخص شد اندازه گیری دقیق جرم یک لیتر آب بسیار مشکل است. در عوض قرار شد یک طلاساز انگلیسی استخدام شود تا یک استوانه از جنس پلاتین- ایریدیم بسازد که برای تعریف کیلوگرم استاندارد به کار رود. یکی از عواملی که باعث شد کیلوگرم از این لحاظ از سایر واحدها عقب بماند، این بود که سود عملی فوری برای افزایش دقت آن متصور نبود. با این همه انحراف در وزن کیلوگرم استاندارد باعث ایجاد خطا در دیگر اندازه گیری ها می شد. برای مثال ولت براساس کیلوگرم تعریف می شود، بنابراین تعریفی بر مبنای کیلوگرم پایدار، باعث می شود تعریف ولت بر مبنای واحدهای اصلی اندازه گیری با دقت هرچه بیشتر صورت گیرد.
حدود ۸۰ نسخه از روی کیلوگرم مرجع، تولید و بین کشورهای امضاکننده معاهده سیستم متریک توزیع شد. تاریخ پرشور این استوانه کوچک فلزی بیانگر آن است که کل جهان طی مدت های مدیدی از تعریف واحدی برای کیلوگرم استفاده کرده است. بعضی از این نمونه های فلزی که به کشورهای امضاکننده اختصاص یافته بود بعدها ناپدید شد، از جمله نمونه یی که در اختیار صربستان بود. ژاپن نیز پس از جنگ جهانی دوم مجبور شد نمونه خود را تسلیم کند. آلمان نیز چند نمونه از آن را تحویل گرفت، از جمله یکی که در سال ۱۸۸۹ به ایالت باواریا اختصاص یافت و نمونه دیگری که به آلمان شرقی تعلق گرفت.
آلمان ضمن همکاری با دانشمندان دیگر کشورها از جمله استرالیا، ایتالیا و ژاپن سرگرم ساخت یک کریستال دقیقاً کروی یک کیلوگرمی از جنس سیلیکون برای روزآمد کردن کیلوگرم است. ایده ساخت این نمونه بر این مبنا قرار دارد که با دانستن تعداد دقیق اتم های موجود در کریستال، فاصله آنها از یکدیگر و اندازه کره، تعداد دقیق اتم های موجود در آن را می توان حساب کرد. دکتر «بیکر» و همکارانش برای جداسازی سه ایزوتوپ سیلیسیم به کارخانه های قدیمی ساخت سلاح های هسته یی شوروی روی آورده اند. سانتریفوژهای موجود در این کارخانه زمانی برای تولید اورانیوم غنی شده به کار می رفت و امروزه نیز می تواند سیلیسیم با خلوص مورد نظر را تولید کند. دکتر «بیکر» می گوید؛ «ما به حدود ۹ تا از این دستگاه ها نیاز داریم.» تجهیزات غنی سازی اورانیوم یکی از مکان هایی است که می توان از این گونه دستگاه ها استفاده کرد. دکتر «بیکر» در ادامه می گوید؛ «قرار است از چهار تا از این دستگاه ها استفاده کنیم.» بدین ترتیب می توان سیلیکون ۲۸ را با خلوص
۹۹/۹۹ درصد تولید کرد. پیش از این یک بلور آزمایشی ساخته شده بود. دکتر «آرنولد نیکلاس» یکی دیگر از دانشمندان آزمایشگاه استانداردهای آلمان مسوولیت تحقیق در مورد اینکه آیا این کره واقعاً گرد است یا خیر، برعهده داشت. وی حدود نیم میلیون مکان مختلف از این کریستال را اندازه گرفت تا شکل آن را مشخص کند. این کره شاید گردترین چیزی باشد که بشر تاکنون ساخته است. دکتر «نیکلاس» می گوید؛ «اگر کره زمین هم همین قدر گرد بود، آن وقت کوه اورست فقط چهار متر ارتفاع داشت.» یکی از مشخصات جالب این کره واقعاً صاف این است که راهی برای تشخیص چرخش یا سکون آن وجود ندارد. مگر آنکه لکه کوچکی را روی سطح آن ایجاد کنیم تا چشم بتواند مسیر حرکت آن را ردیابی کند. دانشمندان ایالات متحده، انگلستان، فرانسه و سوئیس مدعی هستند محاسبه تعداد دقیق اتم های سیلیسیم موجود در کریستال با استفاده از فناوری امروز از دقت کافی برخوردار نیست و به همین دلیل آنها سرگرم ابداع روشی برای محاسبه کیلوگرم با استفاده از ولتاژ هستند.
دکتر «ریچارد اشتاینر» یکی از دانشمندان انستیتو استانداردها و فناوری واشنگتن که سرپرست یک طرح بین المللی برای ساخت ترازوی وات است، در این زمینه می گوید؛ «اندازه گیری انرژی آسان تر از شمارش اتم هاست.» وی طی هفته گذشته گزارش هایی ارائه داد مبنی بر اینکه داده هایی که به دست آورده اند، دقیقاً همان چیزی است که به آن نیاز دارند. وی می گوید؛ «خطایی که در محاسبات ما وجود دارد، بسیار ناچیز است» چرا که خطای آنان حدود ۱۰ قسمت در ۱۰ میلیون است. ایده ترازوی وات بر مبنای اندازه گیری نیروی الکترومغناطیسی مورد نیاز برای برقراری تعادل با یک کیلوگرم استاندارد است. از آنجایی که میدان گرانشی مکانی که آزمایش در آن انجام می گیرد، با دقت زیاد مشخص شده است، جرم مورد نظر را می توان به قدرت الکترومغناطیسی مربوط ساخت. (اندازه گیری میدان مغناطیسی بسیار پیچیده است و به اطلاعات زیادی از جمله تغییرات هر روزه نیروی جاذبه نیاز دارد.) بنابراین تعریف کیلوگرم باید براساس اندازه گیری آن نیرو یا برحسب چیز دیگری که از آن کمیت اخذ شده مثلاً جرم یک الکترون تعریف شود. این آزمایش ها در واشنگتن در حال پیگیری است، اما به رغم پیچیدگی آنها و مسیر پرپیچ و خم محاسبات جرم، دکتر «اشتاینر» می گوید مطمئن است گروه وی به زودی خواهد توانست اطلاعات مجاب کننده یی ارائه دهد. وی می گوید؛ «خلاصه بگویم، فکر می کنم ما برنده ایم.» دکتر «دیویس» عضو گروهی است که تصمیم گیری نهایی سرنوشت کیلوگرم را برعهده دارد می گوید؛ «وی هنوز هم از سرنوشت این طرح مطمئن نیست.»
بسیاری از دانشمندان بر این عقیده اند که بهترین روش برای تعریف کیلوگرم شمارش تعداد کلی اتم های یک عنصر خاص است. طرحی نیز در دست اجراست که در آن تعداد اتم های طلا شمارش می شود. اما تعداد بسیار زیاد اتم های موجود در یک کیلوگرم، عددی تقریباً ۲۵ رقمی، باعث می شود انجام این کار را در آینده نزدیک غیرممکن جلوه دهد. وی مایل است دیدگاه خود را وارد دنیای اندازه گیری های بسیار دقیق کند. او می گوید؛ «بسیار عالی خواهد بود اگر دو روش آزمایش متفاوت داشته باشیم که یکدیگر را تایید کنند.»

منبع: روزنامه اعتماد
به نقل از: www.NewYorkTimes.com
مترجم : سلیمان فرهادیان