Dneškem, tedy 20. květnem 2019, začíná éra nové definice kilogramu a dalších jednotek. Naplní se tím rozhodnutí zástupců 60 zemí, kteří posunuli hmatatelnou minulosti 19. století do věku kvantové fyziky.
Jak byste tuto změnu, kdy vašimi slovy "kilo přestane být tím, co bylo" představil obyčejným smrtelníkům?
Má kořeny v roce 1983, kdy se učinila podobná změna ohledně metru, kterou zná každý jako jednotku délky. Novodobá historie znamená jednu velkou potíž s kilogramem. Je to nesmírně citlivá záležitost, protože kilogram, jenž byl jako etalon uložený v Sèvres u Paříže, byl nejproblematičtější jednotkou.
Pročpak?Kilogram musel procházet pravidelnými čisticími procedurami, přičemž bylo přesně určeno, jakými prostředky se to musí dělat. Jenže sebemenší ošetření jakkoli decentním hadříčkem znamená setření několika atomů, a v tu chvíli se nám kilogram mění před očima. Za necelé století tak "zhubl" o 50 mikrogramů. To je neskutečný problém, protože při současné citlivosti měření to lze snadno poznat.
Vždyť jde o nepatrné hodnoty…Zdánlivě. Takovéto snížení například znamená, že se hmotnost Země změnila o 10¹⁶ tun, což jsou obrovská čísla. A my nemůžeme připustit, aby Země měnila svoji hmotnost podle toho, jak otřeme hadříčkem náš etalon.
Takže k jaké definici kilogramu se svět přiklonil?
Nejpřirozenější bylo zafixovat gravitační konstantu, ta se ale ukázala jako nevhodná, protože je ze všech konstant nejméně známá. Proto se musela zvolit konstanta, která je měřitelná velmi přesně. Uvažovalo se o Avogadrově čísle nebo Planckově konstantě.
S ní to ale také bylo dramatické, protože požadavek z roku 2014 zněl, aby ji alespoň jeden instrument na světě změřil s minimální odchylkou od hodnoty, která se považuje za správnou. A o necelé tři roky později, den před uzávěrkou pro podání důkazů o úspěšnosti experimentu, zveřejnil Jon Pratt se svým týmem výsledek, jenž se do stanoveného kritéria vešel.
Její znalost se zpřesňovala řadu let. Šlo jen o to, jaké číslo zvolit, aby dopad na běžný život byl co nejmenší. Kvůli pečlivému výběru onoho čísla bylo stanoveno dvouleté přechodné období, kdy se prováděla precizní měření v Národním ústavu standardů a technologie v USA. Měřilo se do poslední chvíle před sdělením finálního čísla.
Dočetla jsem se, že přitom nejde o nějakou virtuální hodnotu, ale o fyzicky existující přístroj, který onu konstantu měří.
Je to hodně zajímavý přístroj, říká se mu Watt Balance. Ve skutečnosti je to kladkostroj, kde je na každé straně po jednom závaží, která se nepohybují, pokud jsou v rovnováze. Tady je ale záměrně jedno těžší než druhé a dorovnává to supravodivý magnet, který způsobuje křehkou rovnováhu. A právě v supravodivosti vystupuje Planckova konstanta, takže toto zařízení funguje pro její měření.
Od ní se ode dneška bude odvozovat definice kilogramu?Každá konstanta má nějakou jednotku, třeba u rychlosti je to metr za sekundu, takže když máme sekundu, můžeme dopočítat metr. V Planckově konstantě existuje kombinace obsahující kilogram, takže z principu ho z ní lze dopočítat. Když ji ale 20. května 2019 zafixujeme, nebude už možné strojem měřit Planckovu konstantu, protože je předem daná. Naopak jeho pomocí bude možné zjišťovat detailně, kolik "váží" kilogram, který jsme si takto zvolili.
Platí Prattova slova, že to bude "pro všechny a navždy"?Je i není to pravda. Platí, že pro všechny a navždy je to definice. Napořád máme Planckovu konstantu danou konkrétním číslem a jednou provždy z ní můžeme odvodit, kolik je ten správný kilogram, ale každý si to může dělat po svém. Už není třeba dělat kopie etalonu ze Sèvres. Někdo může zopakovat americký Watt Balance, jiný zkusit další experiment, v němž vystupuje Planckova konstanta.
Je to z hlediska fyziky zásadní průlom?Určitě ano, problémy s kilogramem se totiž zanesly i do dalších jednotek. Stará definice ampéru jako jednotky proudu říká, že když vezmeme dva nekonečné vodiče zanedbatelného průřezu ve vzdálenosti jeden metr a působí na ně síla 2.10-7 newtonu, protéká jimi proud jednoho ampéru. To jsme se všichni učili na střední škole, ačkoli jde o definici podezřelou od samého počátku. Nikdy nemůžete mít nekonečné vodiče, a kdyby měli zanedbatelný průřez, nepoteče jimi žádný proud. Jakmile hovoříme o síle, je v newtonu obsažený kilogram. Redefinicí kilogramu se tak mění definice Ampéru a stejně tak můžeme mluvit o molovém množství, kde se také projevuje hmotnost. Nadpoloviční většina jednotek je ovlivněna kilogramem, a proto bylo nutné udělat zásadní řez, zrušit kilogram a nahradit ho fixací Planckovy konstanty a dále zafixovat další přírodní konstanty a definovat pomocí nich ampér či kelvin.