¿Cuánto es un kilogramo? 1.000 gramos. 2.20462 libras. O 0.0685 slugs, según el antiguo sistema gravitacional imperial. Pero ¿de dónde procede realmente esta cantidad y cómo puede todo el mundo estar seguro de que usa la misma medida?
Desde 1889, los países miembros de la Conferencia General de Pesas y Medidas han acordado utilizar un bloque de metal estándar —conservado cerca de París— para definir el kilogramo. Aunque el bloque moderno se almacena en un entorno muy controlado, su peso puede cambiar en cantidades minúsculas: el desgaste hace que pierda masa y la suciedad, que la aumente. Para abordar este problema, científicos de todo el mundo han dedicado casi dos décadas a debatir cómo podría definirse el kilogramo en relación con mediciones constantes de la naturaleza. Y ahora, por fin, han llegado a una decisión.
El primer kilogramo (llamado originalmente grave) fue definido en 1793 por una comisión de la Academia de Ciencias de Francia, que quería un patrón mejor que las cantidades fijas de grano utilizadas tradicionalmente. La comisión decidió que la nueva medida sería la masa de un decímetro cúbico de agua destilada a 4 ℃ (la temperatura a la que el agua alcanza su densidad máxima en condiciones estándar). Esto tenía la ventaja de que la mayoría de los laboratorios debidamente equipados podrían reproducir este patrón. Posteriormente, se fundió en latón un prototipo de esta masa.
Por desgracia, esta definición de masa dependía de otra medida variable: el metro. En ese momento, el metro solo se había definido provisionalmente como una parte de la distancia entre el polo norte y el ecuador. Una vez que se definieron con mayor precisión el valor del metro y la temperatura a la que el agua alcanza su máxima densidad, también hubo que sustituir el kilogramo. Se fundió un nuevo prototipo de platino para representar esta masa.
Con el tiempo, este fue sustituido por el prototipo internacional del kilogramo (IPK) que se utiliza hoy, fundido con una mezcla de platino e iridio para hacerlo muy duro e impedir que reaccionara con el oxígeno. El IPK y seis copias se conservan en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en el Pavillon de Breteuil, en Saint-Cloud, cerca de París, Francia, como referencia para las mediciones. Se transportan copias del IPK por todo el mundo para garantizar que todos los países participantes utilicen el mismo patrón.
Pero incluso la masa del IPK moderno puede cambiar gradualmente. La solución radical de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas consiste en revisar las definiciones del kilogramo, así como las de todas las demás unidades básicas de medida utilizadas en la ciencia (conocidas como unidades del SI, por las siglas en francés de sistema internacional).
En lugar de medir el kilogramo comparándolo con un bloque guardado en una cámara acorazada, podemos definirlo a partir de valores precisos de constantes de la naturaleza. Acordar una definición ha llevado mucho tiempo porque necesitábamos poder medir estas constantes con patrones muy rigurosos y una incertidumbre de 30 partes por mil millones (lo que significa que las mediciones tienen una precisión de 0.00000003 de una unidad).
Los científicos ya lo han hecho para el tiempo y la longitud. Un segundo ya no es una fracción del tiempo que tarda la Tierra en girar, que puede variar si el planeta acelera o ralentiza su rotación. En cambio, ahora un segundo está definido por el tiempo que tarda cierta cantidad de energía en liberarse en forma de radiación de los átomos de cesio-133. En concreto, un segundo equivale a9,192,631,770 transiciones entre los niveles del estado fundamental hiperfino del cesio-133. Esto es igual independientemente de cuándo o dónde se mida.
Entonces, los científicos pudieron redefinir el metro en relación con el segundo y otra constante natural, la velocidad de la luz en el vacío (c), que los científicos han calculado en 299,792,458 metros por segundo. Así, un metro es ahora la distancia que recorre la luz en 1/c segundos.
La nueva definición del kilogramo utiliza una medición basada en otro valor fijo de la naturaleza: la constante de Planck (h), que se definirá como 6.62607015×10−34 julios segundo. La constante de Planck se obtiene dividiendo la cantidad de energía que transporta una partícula de luz, o «fotón», por su frecuencia electromagnética.
La constante suele medirse en julios segundo, pero también puede expresarse como kilogramos por metros cuadrados por segundo. Sabemos qué son un segundo y un metro gracias a las otras definiciones. Así pues, al combinar estas medidas con un conocimiento exacto de la constante de Planck, podemos obtener una definición nueva y muy precisa del kilogramo.
Otras unidades
Una de las razones por las que crear la nueva definición ha llevado tanto tiempo es que los científicos han tenido que crear dispositivos muy precisos para medir la constante de Planck con un grado de exactitud suficientemente alto. El método también ha sido controvertido porque romperá el vínculo entre el kilogramo y otras unidades básicas del SI, en particular el mol, que mide la cantidad de una sustancia según el número de partículas que la componen. Como resultado, algunos científicos han propuesto métodos alternativos.
Pero, tras una votación simbólica, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas y los institutos nacionales de metrología de todo el mundo utilizarán la nueva definición del kilogramo, junto con las nuevas definiciones de las unidades básicas del SI restantes: el mol, el kelvin (temperatura), el amperio (corriente) y la candela (intensidad luminosa).
Para la mayoría de las personas, la vida cotidiana seguirá como siempre pese a las redefiniciones. Una bolsa estándar de azúcar contendrá la misma cantidad de azúcar que hasta ahora. Sin embargo, algunos de estos cambios, por ejemplo el del kelvin, supondrán ventajas prácticas para los científicos que realizan mediciones muy precisas. Y para responder a la pregunta «¿cuánto es un kilogramo?», ya no tendremos que comparar bloques de platino ni preocuparnos por rayarlos.
