Por qué la definición del kilogramo ya no es la que era

Todos sabemos lo que es un kilogramo: una unidad de masa equivalente a 1.000 gramos o, si nos ponemos precisos, 1.000 centímetros cúbicos de agua. 

Vale, hasta ahí bien, ¿pero cómo se define exactamente que eso es el kilogramo? ¿Con qué se compara para establecer esa medida exacta y, como consecuencia, esas equivalencias?

La respuesta a todas estas preguntas está en Francia, en un cilindro de platino-iridio guardado a buen recaudo en la ciudad de Sèvres. Bueno, en realidad está en más sitios del mundo, pues existen varias copias de este objeto, que fue diseñado tras establecer de forma consensuada que el kilogramo es, precisamente, su masa. El problema es que cada una de estas copias está sometida a diferentes condiciones; por lo que, con el paso de los años, su masa ha ido variando levemente, bien hacia arriba o bien hacia abajo, por factores tan simples como la suciedad. Como consecuencia, los científicos han decidido que ya es hora de cambiar la definición del kilogramo a través de un método que se corresponda mejor con los avances de los tiempos que corren.

La historia de la definición del kilogramo

actualización del kilogramo

Aunque la primera definición del kilogramo se dio durante la Revolución Francesa y consistía en la masa de un decímetro cúbico de agua destilada a 3’98ºC de temperatura y una atmósfera de presión, no fue hasta 1889 cuando se tomó la definición del kilogramo actual, a través de la fabricación de un cilindro de platino-iridio, con una altura y un diámetro de 39 milímetros.

Una vez decidido este consenso, el cilindro inicial se guardó en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, de Sèvres; y, a su vez, 40 copias se enviaron a lo largo de todo el mundo, para facilitar su acceso a científicos de todos los puntos del planeta.

Lamentablemente, tomar como prototipo un objeto concreto conlleva ciertos riesgos, como se ha podido comprobar con los cambios de masa generados en las distintas copias, que oscilan en torno a los cincuenta microgramos en un periodo de cien años. Esto puede parecer una nimiedad, pero esa cantidad de masa es algo de lo más común en ámbitos como la industria farmacéutica, en la que una medición incorrecta puede dar lugar a problemas muy graves.

Por eso, se ha hecho necesario recurrir a las leyes físicas para tomar una definición del kilogramo mucho más exacta, acorde con los avances científico-tecnológicos de nuestra época.

La nueva definición del kilogramo

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Gracias a las leyes de la física, los científicos han conseguido medidas muy exactas del metro y el segundo, que permiten medir distancias y tiempos de forma concreta en cualquier punto del planeta.

Con el objetivo de hacer una medición similar para las unidades de masa, actualmente la ciencia ha recurrido a la constante de Planck, muy usada en física para conectar la frecuencia de una partícula con su energía.

Llegaron a esta conclusión debido a que la unidad internacional de corriente eléctrica, el amperio, se mide tradicionalmente con respecto al kilogramo, aunque los científicos han encontrado una forma más exacta de hacerlo, teniendo en cuenta la constante de Planck, por lo que parece claro que, estando incluidos todos los términos de la ecuación, esta constante también se pueda utilizar para la unidad de masa.

Para medir el kilogramo a través de las unidades eléctricas y en términos de la constante de Planck, se está utilizando un instrumento, conocido como balanza de Kibble (o balanza de Watt), que medirá la constante de forma exacta y, según los científicos responsables del proyecto, dará información suficiente para obtener una definición del kilogramo universal.

Otra alternativa que ya se ha estudiado es el uso de la constante de Avogadro, que mide el número de átomos o moléculas contenidos en una cantidad de materia concreta. Para ello, los investigadores han construido una esfera perfecta de silicio y han medido su diámetro en 500.000 posiciones levemente diferentes. Con estos datos tendrían información suficiente para calcular su volumen; que, en conjunto con las propiedades del silicio, puede usarse para calcular el número de átomos presentes y, como consecuencia, una estimación precisa del número de Avogadro, que se podría correlacionar con la masa.

Sea como sea, estos métodos siguen requiriendo el uso de un objeto concreto; que, del mismo modo que el cilindro inicial, puede acumular imperfecciones con el paso del tiempo; pero se espera que, poco a poco, se pueda tener un buen método para obtener la definición de kilogramo de cara a la Conferencia General de Pesos y Medidas de 2018. Ya sabéis, en la ciencia, como en la vida, hay que tener una máxima muy clara siempre: renovarse o morir.