もうすぐ「1kg」が変わりそう

もうすぐ「1kg」が変わりそう
Image: ZM_Photo/Shutterstock.com

頑張れば家でも作れる?

kg(キログラム)」、なにかと触れることが多い単位ではないでしょうか。体重とか、荷物の重さとか、体重とか。慣れ親しんだ質量の単位ですが、Techradarなどによれば2018年に定義が更新されそうなんです。

まず少し背景を。

世界にはさまざまな単位がありますが、その中でもSI基本単位である7つの単位は特に重要とされています。なぜかというと、その他多くの単位がこの7つを組み合わせや換算によって定められているからです。イメージとしては、単位界のボスたちという感じでしょうか。

さて、今回主役のキログラムもSI基本単位の1つですが、実は1970年代から定義の不安定さが問題視されていました。

他のSI基本単位は概念で定義されていて、安定しています。定義と概念の情報さえあればいつでも誰でも計り直せますし、情報は時間が経っても変わらないからです。対してキログラムは、「国際キログラム原器」という世界に1つしかない物体の質量として定義されています。原器もしくは原器の精密なコピーがないと正確なキログラムを知ることができないうえに、なんと時間が経つとともに質量が(汚れの蓄積と測量方法の変更によるものとはいえ)僅かながら変化してしまっているんです。ボスが意見のコロコロ変わってしまう人では困りますよね。

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Image: Wikimedia Commons
アメリカが保有している国際キログラム原器のコピー

そのような事情があり、2011年にはキログラムの再定義が決定しました。そしていよいよ2018年に新定義が採択される予定というわけです。

現在もっとも有望視されているキログラムの新定義は、概念で定義できる電磁力がベースとなっています。ここで鍵となるのが特殊相対性理論とプランク定数。特殊相対性理論は質量とエネルギー量を結びつけ、プランク定数は電磁波の光子のエネルギー量とその周波数を結びつけます。新定義ではプランク定数を固定することで、間接的に質量を定義しています。

しかし実用性で考えると質量は重さで測りたいですよね。そこで重要になってくるのがワット天秤(キブル天秤)という非常に正確な天秤。プランク定数と重さを電磁力を通して結びつけます。

仕組みとしてはこんな感じです。まず、永久磁石と電磁石の反発し合う力を、電流と電圧を調節することで、測りたい物体の重さと釣り合わせます。次に電流と電圧を測り、ワット天秤を校正したときに得たデータと照らし合わせることで、重さを割り出します。最後に、重さを重力加速度で割ることで、質量を計算。要は電流と電圧を測ることで、間接的に質量が測れる装置なのです。

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Image: Wikimedia Commons
ワット天秤

というわけで、定義が更新されそうなんですが、たとえ更新されたとしても日常生活に特筆すべき影響はありません。影響があるのは製薬会社や、物理学者、または警察組織の鑑識といった、ものすごい精度が求められる現場です。

ちなみに、再定義に使用されるワット天秤は、ドイツ物理工学研究所によって作成されていますが、こちらのD.I.Y.動画によれば誰でもミニチュアバージョンが作れるそうです。

Video: NIST/YouTube

いやぁ、難しそうですね。私は市販のはかりで十分です。

Image: ZM_Photo/Shutterstock.com, NIST, Wikimedia Commons 1, 2
Source: Techradar, YouTube
Reference:Wikipedia(1, 2, 3

(西谷茂リチャード)

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