Ciencia

20 de mayo: Día Internacional de la Metrología

Los franceses fueron pioneros en la creación de un conjunto de medidas unificado, añadiendo que los múltiplos y submúltiplos deben cumplir con el sistema decimal

Cilindro de platino e iridio que sirvió como patrón del kilogramo hasta la modificación de 2019.

Cilindro de platino e iridio que sirvió como patrón del kilogramo hasta la modificación de 2019. / La Provincia

El 20 de mayo de cada año se celebra el Día Mundial de la Metrología para conmemorar la firma de la Convención del Metro en ese mismo día de 1875 por parte de representantes de diecisiete naciones, que creó la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM). La misión de este organismo es asegurar la unificación mundial de las medidas y, en definitiva, la de facilitar los intercambios en el comercio, la industria y la ciencia entre todos los países acogidos a este sistema.

Nuestra historia empieza a finales del siglo XVIII. Una de las peticiones que los ciudadanos franceses hicieron a los Estados Generales convocados en 1788 fue la creación de un sistema de medidas unificado para toda la nación. La petición la recoge uno de los diputados más brillantes, Tayllerand por entonces obispo de Autún, y la presenta a la Asamblea dando un paso más: las medidas se deben unificar pero siendo el nuevo patrón una unidad natural y universal que sirva a todos los hombres, no solo a los franceses. Y el diputado Bureaux de Pussy añade además una condición esencial: los múltiplos y submúltiplos deben cumplir con el sistema decimal. Siguiendo esta estela, hoy día más de cincuenta países, todos los de la UE entre ellos, utilizan un mismo sistema de unidades de medida que llamamos Sistema Internacional de unidades (SI) creado en 1960.

El SI ha elegido siete unidades esenciales: el metro, el kilogramo, el segundo, el kelvin, el amperio, el mol y la candela. Todas ellas dependen, en su definición, de constantes o valores universales y con ellas construimos un conjunto de unidades derivadas en un sistema coherente con las que podemos medir cualquier magnitud física que deseemos sea de la naturaleza que sea.

Veamos, valiéndonos del ejemplo del kilogramo, como hemos llegado a este punto.

En 1793 se encargó a Lavoisier la preparación de la unidad de masa y se eligió como patrón la del decímetro cúbico de agua a la cual se la llamó «grave». Lavoisier fue guillotinado el año siguiente (había sido recaudador de impuestos y eso en aquel momento era una mala tarjeta de presentación) y el asunto quedó en suspenso hasta 1799 en que determinaron la masa del decímetro cúbico de agua de agua destilada tomada a la temperatura de su máxima densidad y se preparó como unidad patrón un cilindro de platino de masa equivalente, con la denominación de kilogramo, símbolo kg (la unidad es el kilogramo, no el gramo como nos podía hacer creer el nombre). En 1884 se preparó un nuevo prototipo internacional más resistente, Le Grand Kilo, fabricado con una aleación de un 90% de platino y un 10% de iridio como un cilindro de 39,17 mm de diámetro y 39,17 mm de altura que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de París y era la unidad de medida para la masa.

Antes del año 2019 todos entendíamos lo que era un kilogramo, pero ahora, curiosamente, son muy pocos los que podrían explicarlo en detalle

Ahora llegamos ya al quid de la cuestión: ¿cómo relacionamos la masa de un cuerpo con una constante universal? La solución se encuentra a través de la conocida ecuación de Einstein que liga la masa de un cuerpo en reposo con la energía del mismo: E=mc2 (energía igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado). Es decir, todo cuerpo en reposo con masa tiene un tipo de energía asociada (energía en reposo), asociando de esta forma masa y energía.

Mediante la llamada balanza de Kibble, que equilibra la fuerza gravitatoria de un cuerpo de masa m con la fuerza electromagnética, se tiene una ecuación que nos permite determinar la masa en función de la energía, a la que a su vez podemos expresar ligada a la constante de Planck h (el experimento completo y su desarrollo matemático excede la complejidad que se le quiere dar a este artículo; los interesados pueden acudir al Centro Español de Metrología donde hay publicaciones que lo explican en detalle). Denotada como h, la constante es debida a Max Planck y frecuentemente se define como el «cuanto elemental de acción». Un cuanto de energía es la mínima energía liberada o absorbida por un átomo en forma de radiación electromagnética

El kilogramo definido en base a esta constante de Planck se incorporó al SI en 2019 y se utiliza para definir otras tres unidades básicas del Sistema Internacional —la candela, el amperio y el mol— y 10 unidades derivadas con nombre y símbolo asignado, como el Pascal o el Vatio.

De esta forma hemos conseguido nuestro propósito de ligar la masa a una constante universal y con ello no depender del cilindro de platino e iridio parisino, que además sufre cambios en el tiempo (se ha apreciado una variación en su masa debido al deterioro).

El objetivo final es que todas las unidades, que forman la base del sistema internacional de medidas, sean estables y universales. Y también que cualquier laboratorio preparado pueda encontrarlas y crear los patrones por si mismo. Pero debemos seguir mejorando, aumentando la precisión en las definiciones de las constantes y reduciendo la imprecisión que está asociada a la realización de las medidas con ellas realizadas. 

Parece que hemos cumplido con el sueño de los revolucionarios franceses, en esta cuestión, la Ciencia está cumpliendo el programa. En otras actividades humanas aún queda mucho para alcanzar la libertad, igualdad y fraternidad que se preconizaba. Pero, claro, también podemos sacar otra conclusión: el avance de la Ciencia a veces aleja a la sociedad de comprender lo que esta pretende.

Antes del 2019, todos entendíamos lo que era un kilogramo, ahora muy pocos son los que lo podrían explicar en detalle. Tenemos que fiarnos de lo que nos dicen, pero la Ciencia no es partidaria de los «argumentos de autoridad». ¿Cómo lo solucionamos?

Suscríbete para seguir leyendo