キログラムの過去と現在

1キログラムの重さはどれくらいでしょうか？科学者たちはこの一見単純な問題を何百年も研究してきました。

1795年、フランスは「グラム」を「氷が溶ける温度（つまり0℃）において、体積が1/100メートルの立方体に入った水の絶対重量」と定める法律を公布しました。1799年、科学者たちは水の密度が最大となる4℃のときに水の体積が最も安定することを発見し、キログラムの定義は「4℃における1立方デシメートルの純水の質量」に変更されました。これにより、純プラチナ製のオリジナルキログラムが誕生し、キログラムはその質量と等しいと定義され、アーカイブキログラムと呼ばれています。

このアーカイブキログラムは、90年間、基準として使用されてきました。1889年、第一回国際計量会議において、アーカイブキログラムに最も近いプラチナイリジウム合金のレプリカが国際キログラム原器として承認されました。「キログラム」の重さは、プラチナイリジウム合金（プラチナ90%、イリジウム10%）製の円筒形（高さ約39mm、直径約39mm）によって定義され、現在パリ郊外の地下室に保管されています。

国際原キログラム

啓蒙時代以来、測量界は普遍的な測量システムの確立に尽力してきました。物理的な物体を測定基準として用いることは実現可能な方法ですが、物理的な物体は人為的要因や環境要因によって容易に損傷し、安定性が損なわれるため、測量界は常にこの方法をできるだけ早く放棄したいと考えてきました。

キログラムが国際的な独自のキログラム定義を採用した後、計量学者が非常に懸念している疑問があります。それは、この定義はどれほど安定しているのか、そして時間の経過とともに変化するのではないかということです。

この疑問は、質量単位キログラムの定義当初から提起されていたと言えるでしょう。例えば、1889年にキログラムが定義された際、国際度量衡局は7種類の白金イリジウム合金製キログラム分銅を製造しました。そのうちの1種類が国際キログラムです。この最初のキログラム分銅は質量単位キログラムの定義に使用され、同じ材料と製造工程で作られた他の6種類の分銅は、相互の経時的な変動を確認するための二次基準として使用されています。

同時に、高精度技術の発展に伴い、より安定的で正確な測定も求められています。そこで、物理定数を用いて国際基本単位を再定義する計画が提案されました。物理定数を用いて測定単位を定義することは、次世代の科学的発見のニーズに応えることを意味します。

国際度量衡局（IB）の公式データによると、1889年から2014年までの100年間で、他の原キログラムと国際原キログラムの品質の一貫性は約50マイクログラム変化しました。これは、品質単位の物理的基準の安定性に問題があることを示しています。50マイクログラムの変化は小さいように聞こえますが、一部のハイエンド産業に大きな影響を与えます。

基礎物理定数をキログラムの物理基準に代用すれば、質量単位の安定性は空間と時間の影響を受けなくなります。そのため、2005年に国際度量衡委員会は、国際単位系の基本単位を定義するために基礎物理定数を使用する枠組みを策定しました。質量単位キログラムの定義にはプランク定数を用いることが推奨され、国家レベルの有能な研究機関が関連する科学研究を行うことが奨励されています。

そのため、2018年の国際計量・計測会議において、科学者たちは国際キログラム原器を正式に廃止することを投票で決定し、プランク定数（記号h）を新しい標準として変更し、「kg」を再定義しました。