Trong hơn một thế kỉ qua, kilogram (kg) – đơn vị quốc tế của khối lượng trong Hệ Đơn vị Quốc tế (SI) – được định nghĩa đúng bằng khối lượng của một vật hình trụ nhỏ sáng bóng, đúc vào năm 1879 bằng hợp kim platinum và iridium, được lưu trữ trong một bình vòm ba tầng khóa ở ngoại ô Paris.
Vật đó được gọi là Nguyên mẫu Quốc tế của Kilogram (IPK), và độ chuẩn xác của mỗi phép đo khối lượng hay trọng lượng trên khắp thế giới, cho dù đo theo pound và ounce hay theo milligram và tấn, tùy thuộc vào các khối lượng tham chiếu sử dụng trong các phép đo ấy có thể liên hệ chặt chẽ đến mức nào với khối lượng của IPK.
Tình huống đó đang sắp thay đổi. Cộng đồng đo lường thế giới đã lên kế hoạch định nghĩa lại kilogram, giải phóng nó khỏi sự ràng buộc với một tạo vật cỡ bằng quả bóng golf đặt ở một nơi nào đó, và thay vậy người ta xây dựng nó dựa trên một hằng số của tự nhiên. Chuyển biến đó sẽ là một bước đột phá trong lịch sử ngành đo lường.
Nguyên mẫu Quốc tế của Kilogram
Từ grave đến gramme
Vào cuối thế kỉ 18, nhà vua Louis XVI nước Pháp cho ban hành một hệ thống đo lường mới nhằm dẹp loạn tình trạng gian thương xảy ra dưới hệ thống đo lường cũ. Sắc lệnh của nhà vua khuyến cáo sử dụng cái sau này gọi là hệ mét thập phân, và đề xuất một đơn vị mới cho khối lượng gọi là grave. Grave được định nghĩa là khối lượng của một lít nước ở điểm băng.
Sau đó Cách mạng Pháp nổ ra. Nền cộng hòa mới phê chuẩn ý tưởng hệ mét với một vài thay đổi. Thay cho grave, Nền cộng hòa chọn một chuẩn mới gọi là gramme, nó được định nghĩa là trọng lượng tuyệt đối của 1 cm3 nước ở 4oC.
Tuy nhiên, tạo vật 1-gram làm bằng nước – chẳng lớn hơn một hạt đậu bao nhiêu – là không thực tiễn cho việc sử dụng trên thực tế. Vì thế, người ta chọn một cái thay thế khác giống như grave, một tạo vật kim loại rắn nặng gấp một nghìn lần một gram: một kilogram.
Vào ngày 22 tháng 6, 1799, Nền cộng hòa phê chuẩn tạo vật khối lượng mới, rèn từ platinum và được đặt tên là “kilogram kho lưu trữ” theo tên tòa nhà nơi giữ nó. Kilogram mới này đã thống trị chuẩn khối lượng ở nước Pháp trong gần một thế kỉ.
Tranh khắc gỗ, khoảng năm 1800, minh họa các chuẩn đo lường mới. Từ trái sang: lít, kilogram, và mét.
Hiệp định Mét năm 1875
Khi kinh tế toàn cầu lớn mạnh vào thế kỉ 19, chuyện đo lường khối lượng trở nên hệ trọng. Mỗi quốc gia duy trì các chuẩn đo riêng của mình thường không tương thích với chuẩn riêng của những nước khác.
Vào ngày 20 tháng 5, 1875, mười bảy nước khác nhau đã kí một hiệp định gọi là Hiệp định Mét thiết lập các nguyên mẫu quốc tế mới cho khối lượng và chiều dài. Thỏa thuận đó định nghĩa đơn vị chính thức của khối lượng là kilogram (kg) và phong ấn nó với một tạo vật kim loại mới có khối lượng về cơ bản bằng với “kilogram kho lưu trữ”. Chuẩn mới này được làm bằng hợp kim của platinum (90%) và iridium (10%) và được gọi là Nguyên mẫu Quốc tế của Kilogram (IPK).
Các bản sao của IPK, còn gọi là "le grand K" ("K lớn”), được gửi đến các nước đã kí kết hiệp định. Vào năm 1890, nước Mĩ nhận về bản sao thứ tư và thứ hai mươi – gọi là K20 và K4 – và những bản sao này vẫn đang làm nhiệm vụ của nó là chuẩn kilogram quốc gia chính thức (K20) và chuẩn kiểm tra (K4). Chúng được cất giữ tại trụ sở Gaithersburg trực thuộc Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) ở bang Maryland, cùng với ba chuẩn kilogram bổ sung mà nước Mĩ nhận thêm sau này.
Bốn trong năm nguyên mẫu kilogram quốc gia ở Mĩ, trong đó có K20 (trước) và K4 (sau).
Sau định nghĩa lại vào năm 2018, IPK sẽ mất vai trò chuẩn chính thức của nó. Nhưng các tạo vật vẫn sẽ được dùng làm cách thực tiễn nhất để chuyển tải các chuẩn mới đến khắp mọi nơi cần sử dụng – từ các phòng thí nghiệm tầm cỡ thế giới cho đến từng quầy tạp hóa địa phương.
Nguồn: NIST
