ものの単位は国によってさまざまだ。
たとえば重さなら日本ではキログラムが一般的だろうが、アメリカなどではポンドを使ったりする。ちなみに1キログラムは2.2ポンドあるいは1000グラムだ。
ところで、その意味をちゃんと理解しているだろうか？
計測の単位について世界中で同意を得ることは想像以上に難しい。じつは今、重さの単位に関する定義が約130年ぶりに変更されようとしている。
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キログラムはどうやって決められているか？
現在、世界標準となっているキログラムは「国際キログラム原器（IPK）」という、プラチナとイリジウム製の円柱が基になっている。
国際キログラム原器は40年に1度計測され、きちんと1キログラムであることが確認される。ところが、最近の計測結果からは、IPKの重さは不安定であることが明らかとなっている。
国際キログラム原器 (CG画) image credit:wikipedia/commons
このために、貿易や科学の分野、さらにはロケット工学のような厳密な精度が求められる分野に混乱を引き起こしかねないと懸念されている。
それだけではない。現在IPKはフランスにある国際度量衡局で厳重に保管されているのだが、万が一、事故が起きて紛失でもすれば世界から1キロを知る手段が失われてしまう。
そんな問題のある原器の重さを基に1キロを定めているなど不思議にも思えるかもしれない。だが、それが長年世界で採用されてきたことにはきちんとした理由がある――それ以外の方法で1キロを知るのが困難だからだ。
計測学における単位の発展
さまざまな単位は自ずと決まっているとお考えかもしれない。
例えば、1日なら24時間、1時間は60分、1分は60秒といった具合だ。しかし歴史的に見ると、それらは世界で観察される自明の現象を基にして定義されているのが本当だ。
計測学においては、そうした自明の現象はアーチファクトと呼ばれている。
航空宇宙技師のマックス・フェイギンは自身のツイートの中で、科学者はアーチファクトと比べて何かを測るやり方を乗り越えようと長年努力してきたと述べている。
たとえば、かつて1秒は地球が太陽を1周するのにかかる時間の1/31556925.9747の時間であるとされた。しかし現在では、セシウム133原子の中の電子が9,192,631,770回振動するのにかかる時間と定義されている。
なぜこんなにも面倒なやり方をと思うかもしれないが、原子の振る舞いを用いることで、宇宙のどこにいようとも、1秒が1秒であることをかなりの確かさで知ることができるというメリットがある。
要するに、科学者は、計測単位を決めるために人為的な対象を比較することをやめて、普遍的な定数に求めようとしているのだ
――それなのに、キログラムだけはできなかった。
シテ科学産業博物館に展示されているキログラム原器のレプリカ。二重のガラス製の鐘の中に保管されている image credit:wikipedia/commons
キログラムの特殊性
秒は、キログラムやメートルほか4つの単位と一緒に国際単位系（SI単位）を構成する。これは計測単位の基本となるもので、そのほとんどはアーチファクトを用いずに定義されている。
ところがキログラムについては、複雑怪奇な重力を考慮せねばならないために、アーチファクト抜きで定義することがきわめて困難だった。
質量と重量は混同されやすいが、じつは別物で、物の中にどれだけ物質があるかを意味する。科学者が国際キログラム原器抜きでどうにかキログラムを定義したいと考えているのもこのためだ。
プランク定数でキログラムを新しく定義
そして採用されたのがワット天秤である。現在、アメリカ国立標準技術研究所やイギリス国立物理学研究所など、いくつかの研究所で開発中のこの機器は、プランク定数を基にキログラムを定義できると期待されている。
メリカ国立標準技術研究所のワット天秤 image credit:wikipedia/commons
プランク定数とは、量子論を理解するにあたって中心的な役割を果たす物理定数である。
要するに、ワット天秤は質量を決めるために、重量を測るのではなく、2枚の板の間の電磁力を測ることで決める。それも真空の中でだ。
つまりは電力によって物体の質量を計測する。それにはいろいろややこしい計算式があるのだが、物理はちんぷんかんぷんだという人なら、それでキログラムを原器なしで再定義できることだけ覚えておけばいいだろう。
なお、これが新しい定義として採用されるには、今月13〜16日に開かれる国際度量衡総会で承認される必要がある。130年ぶりに歴史が塗り変わるだろうか。今、キログラムに注目だ。
References:RIP the Kilogram, Which Will Never Be the Same Again | Inverse/ written by hiroching / edited by parumo
追記：（2018/11/10）本文を一部訂正して再送します。
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コメント
1. 匿名処理班
なるほどわからん。
2.
3. 匿名処理班
こんな記事を読まされたら、気になって気になって、寝られなくなっちまう !
4. 匿名処理班
そんなもん、4度で水1L用意すればええやんけ、と思った人は文系
5. 匿名処理班
あーそういうことね 完全に理解した(わかってない)
6. 匿名処理班
なんか基準が定められてるんだろうとは思ってたが、その基準がモノだったとは知らんかった…
7. 匿名処理班
>例えば、1日なら24時間、1時間は60分、1分は1秒といった具合だ。
1分が1秒のわけないだろ
8. 匿名処理班
体重が減る可能性があるってことだな
9. 匿名処理班
＞国際キログラム原器は40年に1度計測され、きちんと1キログラムであることが確認される
これはどうやって確認してるのかわからないけど
基準を計測するとか頭の良い人がいるんだな
10. 匿名処理班
キログラム原器が変わると、メートルグラム法も若干誤差出てくるんじゃない？
メートル原器って確か、キログラム原器が正確性の裏付けだったような。
11.
12. 匿名処理班
原器ってもう使われてないのかと思ってた。
他の単位は物理量基準になってるのに、kgだけはなってなかったのか
13. 匿名処理班
「計測学においては、そうした自明の現象はアーチファクトと呼ばれている。」
↓
「計測学においては、そうした自明の現象（以外）はアーチファクトと呼ばれている。」
じゃね？
14. 匿名処理班
キログラム原器がきちんと１キログラムあることを測るのは一体どうやってたんや
15. 匿名処理班
チコちゃんでやってたよ
16.
17. 匿名処理班
つまり私の体重も軽くなる可能性が？！
18. 匿名処理班
地上の物質には重力と自転方向の力と遠心力がかかっているのに静止質量とか、よく求められると思う。
19. 匿名処理班
重さは身近にあるだけあって自然環境の影響を受けやすい、精密測定だと気圧や気温、湿度はもちろん月との位置関係や太陽との距離、一昨日の天候や測定場所の地盤まで、測定方法を発明しても既存値の否定となると検証に数十年とかかるので、さらに先の長い話になる
20. 匿名処理班
※10
今のメートルは秒と光速で定義してるから問題ない
メートル原器はもう引退して文化遺産的な扱いになってる
21. 匿名処理班
※10
もちろんメートル原器はもう使われていないよ
22. 匿名処理班
※10
ttps://www.nmij.jp/library/units/length/
既に物質量基準に変わってる。
23. 匿名処理班
※4
1リットルは1kgだから体重計で簡単に図れるしね！
24. 元気な原器
物に頼ると、錆びたり削れたりしても狂うからな。
表面に汚れが付いて重くなったり、錆びて重くなったり、一部が欠けて軽くなったりする。木材みたいに水分吸って重くなるものさえあるだろう。
もちろんそういうのが起こりにくい素材を厳選してキログラム原器を作ったんだろうが、取り扱いには細心の注意が必要なのは変わらないし、常に誤差が生じるのも避けられない。とかそういう苦労話かなと想像。
25. 匿名処理班
話が難しすぎる
文章に猫が足りないからなのよ
26. 匿名処理班
>国際キログラム原器は40年に1度計測され、きちんと1キログラムであることが確認される。
これは分かりにくい
世界に40ある国際キログラム原器の複製とキログラム原器を比較するんですね
1992年の校正で原器のほうが約50マイクログラム軽くなっていたそうだ
質量の測定は双方の比較なので、国際キログラム原器が軽くなったのか、世界各国の複製が重くなったのか判断できないそうだ
前にアボガドロ定数を使った定義を検討していたけどそっちはやめたのか
27. 匿名処理班
どんな基準でもいい、自分が48キロになりさえすれば。
手段はえらばん！
28. 匿名処理班
とりあえずアメリカはマイル表記やめてkm表記にしろ
マイル表記ほど不便なものもない
29. 匿名処理班
これに関わってる日本の研究者が9月の「サラメシ」にでてた。
30. 匿名処理班
確かに「質量」は厄介だ。
31. 匿名処理班
シリコン球で原器作るみたいなのがあったと思ったけどさらにその先に行くのか
32. 匿名処理班
>>14
重要なのはみんなが同じ重さ・単位を共有することだよ。
キログラム原器の重さが1kgの定義で、これが必ずしも今まで1kgとされてた重さと完全に一致する必要はない。
33. 匿名処理班
ってか、そう基準を変えられても・・。
結局ご都合主義かね。
34. 匿名処理班
写真のキログラム原器、なんかへこんでない？
35. 匿名処理班
※17
高いとこに登れば解決じゃね？
36. 匿名処理班
みんなのコメントも相まって勉強になる記事だった
物理の単位ってＣＧの世界でも結構つかわれてるから、その辺も改定後つくったものと以前のものでは誤差が出るようになるのかな？さすがに無いか（無いといいな）
37.
38. 匿名処理班
自動車重量税も安くなりませんか！？
39. 匿名処理班
なげーし
40. 匿名処理班
地球上ならどこでも同じ1kgかと思ったら重力密度の差異によってその地点ごとに重力が微妙に異なるからキャリブレーションは必要だしな
地球内部だって長い時間をかけて対流し密度は異なってくる
41. 匿名処理班
ところで、1Kgは、赤道付近と南極付近では何グラム違うの？
バネ計りでわかるのかなー？
42. 匿名処理班
※41
最も重力が強くなるのは北極付近で、その重力加速度は9.83メートル毎秒毎秒になります。逆に最も重力が弱くなるのは、熱帯地域の最高峰であるペルーのワスカラン山頂(標高約6700メートル)で、重力加速度は9.76メートル毎秒毎秒を示します。
この二か所なら7gくらい違うそうだ
43. 匿名処理班
文系俺（1キロは1キロだろ……何の話してんだ……？）
44. 匿名処理班
メートルが確立してるなら水1リットルを1キロで定義出来ないの？
水を純水とかにしてもダメなのかな？「これが原器です」みたいなオブジェがなきゃダメ？
45. 匿名処理班
そんな事より俺の抜け毛を止める方法を教えてくれ〜〜〜〜〜〜〜〜！！