BlogGang.com : : scimovie : กิโล ที่หายไป จะกลับมาในเร็วๆ นี้

กิโล ที่หายไป จะกลับมาในเร็วๆ นี้

เคยนำเสนอเรื่อง ความคลาดเคลื่อนของน้ำหนักกิโลกรัมที่เป็นมาตรฐานไปแล้ว เพราะตัวมาตรฐาน 1 กิโลกรัมมันหายไป คราวนี้เขามีการแก้ไขปัญหานี้แล้วครับ

ชั่ง “กิโล” ให้ครบ “กิโล”

ก้อนเหล็กกล้าในบรรจุภัณฑ์สำหรับเดินทางไปสอบเทียบน้ำหนักที่ประเทศต่างๆ (BIPM)

ปัญหาการชั่งน้ำหนักไม่ครบ “กิโล” นั้น ไม่ใช่ปัญหาที่เราพบเจอแค่ในตลาดสด แม้แต่ในห้องปฏิบัติการระดับโลก ที่ทำหน้าที่กำหนดนิยามของ “กิโลกรัม” ก็พบเจอปัญหาในทำนองคล้ายๆ กัน จนต้องหาว่า จะกำหนดมาตรฐานให้แก่หน่วยวัดนี้อย่างไร

เป็นเวลานานเกือบ 122 ปีแล้วที่ “กิโลกรัม” สำหรับสอบเทียบการวัดมวลให้เป็นมาตรฐานเดียวกันทั่วโลกถูกเก็บรักษาไว้อย่างดี ที่สำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศ (International Bureau of Weights and Measures; BIPM) ซึ่งอยู่ในเมืองแซฟวร์ (Sevres) ทางตอนใต้ของกรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส

อุปกรณ์สำหรับสอบเทียบมวลนี้ เป็นโลหะแพลติตินัมและเออริเดียมทรงกระบอก ถูกเก็บไว้ในบรรจุภัณฑ์ที่ล็อคกุญแจแน่นหนาถึง 3 ชั้นและเก็บรักษาไว้ในฝรั่งเศสมาตั้งแต่ปี 1889 ซึ่งมีโอกาสน้อยครั้งมาก ที่ตุ้มน้ำหนักมาตรฐานนี้ จะได้สัมผัสกับแสง เว้นแต่เมื่อทำหน้าที่สอบเทียบกับอุปกรณ์สอบเทียบอื่นๆ

หากแต่มีข่าวอยู่เนืองๆ ว่าก้อนโลหะแพลตตินัมและเออริเดียมที่ใช้กำหนดมาตรฐานกิโลกรัมนี้ มีมวลที่คลาดเคลื่อนไป จนเป็นเหตุให้นักวิทยาศาสตร์ต้องมาทบทวนกันว่า ถึงเวลาแล้วที่ต้องเลิกใช้วัตถุที่คนเราสร้างขึ้นกำหนดนิยามให้แก่หน่วยในการวัดมวลนี้

ตั้งมาตฐานหน่วย ชั่ง-ตวง-วัด

นักมาตรวิทยาของไทย “ดร.สิวินีย์ สวัสดิ์อารี” ซึ่งปัจจุบันประจำอยู่ที่ฝ่ายมาตรวิทยาไฟฟ้า สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ (มว.) ได้รับรู้ถึงการหารือเพื่อเปลี่ยนนิยามใหม่ให้แก่ “กิโลกรัม” เป็นครั้งแรก ระหว่างการอบรมของสำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศเมื่อปี 2003 ซึ่งมีนักมาตรวิทยาไฟแรงจากทั่วโลกไปร่วมอบรมในครั้งนั้น

ดร.สิวินีย์เล่าว่า การกำหนดมาตรฐานให้แก่หน่วยการวัดนั้น เกิดขึ้นในงานเอกซ์โปที่ฝรั่งเศสเมื่อ ปี 1887 ซึ่งมี 17 ประเทศคู่ค้าสำคัญของโลกร่วมลงนามในการสร้างหน่วยวัดร่วมกัน เป็นระบบหน่วยวัดระหว่างประเทศ (International System of Units) หรือระบบเอสไอ

เริ่มจากการใช้ กิโลกรัม เมตร และวินาที ซึ่งเป็นหน่วยวัดในระบบเมตริกของฝรั่งเศส และตกลงให้สร้างมาตรฐานของหน่วยวัดทั้ง 3 ซึ่งแล้วเสร็จในปี 1889

หน่วยมาตรฐานถูกเก็บรักษาไว้ที่สำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศในฝรั่งเศส โดยประเทศต่างๆ ที่ต้องการนำความถูกต้องของหน่วยวัดไปถ่ายทอด จะเดินทางมาสอบเทียบเครื่องมือวัดกับหน่วยวัดมาตรฐานนี้

ตุ้มน้ำหนักกิโลกรัม มาตรวัดเพียงหนึ่งเดียว

สำหรับกิโลกรัมมาตรฐานของโลกนั้น มีอยู่เพียงหนึ่งเดียว และไม่ได้ถ่ายทอดความถูกต้องให้แก่ตุ้มน้ำหนักของประเทศต่างๆ แต่มีตุ้มน้ำหนักอีก 6 อัน ที่ทำขึ้นจากแพลตตินัมและเออริเดียมเหมือนกันออกมา และทำหน้าที่ถ่ายทอดความถูกต้องให้แก่ตุ้มน้ำหนักของประเทศต่างๆ อีกทั้งยังใช้ตรวจสอบและสอบเทียบความถูกต้องของกิโลกรัมมาตรฐาน

ส่วนประเทศไทยมีตุ้มน้ำหนัก T80 ที่ผลิตจากแพลตตินัมและเออริเดียมเช่นกัน ซึ่งถูกเก็บไว้ที่สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ และทำหน้าที่ถ่ายทอดความถูกต้องให้แก่กิจการชั่งมวลในไทย

“ในการสร้างตาชั่งนั้น ต้องเอามวลที่ถูกต้องไปชั่ง แล้วดูว่าค่าที่ชั่งออกมานั้นได้เท่าใด ถ้าตาชั่งได้ค่าไม่ตรงกับค่ามวลที่ถูกต้อง แสดงว่าตาชั่งนั้นผิด แต่ถ้าได้ถูกต้องเราจะได้ตาชั่งที่ถูกต้องไปชั่งมวลของวัตถุที่เราต้องการ ทราบว่ามีน้ำหนักเท่าไหร่” ดร.สิวินีย์กล่าว

ทั้งนี้ การถ่ายทอดความถูกต้องของการชั่งมวลนั้น จะมีความคลาดเคลื่อนไปตามลำดับขั้น และจำนวนครั้งของการถ่ายทอดถูกต้อง แต่ความคลาดเคลื่อนนั้นต้องเป็นที่ยอมรับได้

มวลโลหะที่หายไป สู่การเปลี่ยนวิธีใหม่

อย่างไรก็ดี ทุกสิ่งทุกอย่างในโลกล้วนเป็นอนิจจัง ไม่มีสิ่งใดไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งก้อนโลหะที่เป็นตัวกำหนดมาตรฐาน “กิโลกรัม” ของโลกก็หนีความจริงข้อนี้ไม่พ้น โดยนักวิทยาศาสตร์คาดว่าในรอบ 100 ปี มวลของก้อนโลหะที่เป็น “กิโลกรัมมาตรฐาน” นั้น น่าจะหายไป 50 ไมโครกรัม จากการหลุดหายของอะตอมโลหะ

การจะทราบว่ามีสิ่งใดที่เปลี่ยนไปนั้น ต้องมีสิ่งหนึ่งที่อยู่นิ่ง แต่กิโลกรัมมาตรฐานและก้อนโลหะอีก 6 อันที่ใช้สอบเทียบมวลกิโลกรัมมาตรฐาน ไม่มีอันใดที่อยู่นิ่ง จึงทำให้เกิดภาวะ “อึมครึม” ในกิจการชั่งมวลของโลก เพราะนักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบแน่ชัดว่า มวลมาตรฐานโลกนั้นเปลี่ยนไปหรือไม่

ทั้งนี้ ดร.สิวินีย์กล่าวว่า เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์กังวลกันมาก จึงต้องกำหนดนิยามกิโลกรัมใหม่ ที่มีเงื่อนไขคือ ต้องรู้เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงหรือไม่เกิดการเปลี่ยนแปลง

“กิโลกรัมเป็นสิ่งที่ใครๆ ก็ใช้ แม่ค้าหรือนักวิทยาศาสตร์ที่ส่งยานอวกาศไปนอกโลกก็ต้องใช้ ดังนั้น จะเปลี่ยนนิยามโดย 3-4 ประเทศที่มีความพร้อมเลยไม่ได้ ต้องมีหลายประเทศช่วยกันดู เพื่อช่วยกันพิจารณาว่ามาตรฐานใหม่นั้นถูกต้องเพียงพอและดีกว่า” ดร.สิวินีย์กล่าว

เลิกเทียบกิโลกรัมกับวัตถุ หันใช้ค่าทางไฟฟ้า

สำหรับการหานิยามใหม่ให้แก่ “กิโลกรัม” นั้น นักวิทยาศาสตร์ให้ความสำคัญกับค่าคงที่ของพลังค์ (Planck constant) ที่มีความเชื่อมโยงกับมวล และเป็นนิยามในปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า

ดร.สิวินีย์ ซึ่งจบการศึกษาระดับปริญญาเอกด้านฟิสิกส์ทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยไลบ์นิซฮันโน เวอร์ (Leibniz University Hannover) ในเยอรมนี และทำวิจัยที่สถาบันมาตรวิทยาพีทีบี (Physikalisch-Technische Bundesanstalt: PTB) ของเยอรมนีด้วย กล่าวว่าเยอรมนีและอีกหลายชาติ พยายามหาค่าคงที่ของพลังค์ที่ถูกต้องที่สุด โดยการหาค่าคงที่อื่นที่เกี่ยวข้องกับค่าพลังค์ นั่นคือ เลขอาโวกาโดร (Avogadro's number)

ทั้งนี้ ค่าพลังงานของแสง เท่ากับ ค่าความถี่ของแสงคูณด้วยค่าคงที่ของพลังค์ ซึ่งมวลและพลังงานเป็นสิ่งเดียวกันตามกฎของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ คือ E=mc^2 ส่วนเลขอาโวกาโดรนั้น มีค่าเท่ากับจำนวนอะตอมของคาร์บอน-12 (C-12) ที่มีมวล 12 กรัม ดังนั้น เลขอาโวกาโดรจึงมีความสำคัญกับมวลเช่นกัน

“ในชีวิตประจำวันนั้น เราอาจจะไม่เห็นความจำเป็นที่จะมีความถูกต้องของหน่วยกิโลกรัมถึงหลักทศนิยมที่ 9 หลักทศนิยมที่ 10 แต่ยังมีงานที่ต้องทำไปจนถึงระดับอะตอม หรืออย่างนาโนเทคโนโลยีที่เข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันมากขึ้น เราจึงต้องมีความสามารถในการจัดการขนาดเล็กๆ ระดับนั้น” ดร.สิวินีย์กล่าวถึงสำคัญของการนิยามและกำหนดมาตรฐานกิโลกรัม

การชั่งมวลที่ถูกต้อง นอกจากจำเป็นต่อการจับจ่ายซื้อของในตลาดสดแล้ว ยังมีการประยุกต์ใช้อื่นอีก เช่น น้ำหนักในการเหยียบเบรกระหว่างขับรถนั้นต้องหนักกว่ารถ 3 เท่าจึงจะเบรกอยู่ ดังนั้นการวัดมวลที่ถูกต้องจะทำให้เกิดความปลอดภัยในการออกแบบรถ หรือการฉีดยาที่ต้องมีความละเอียดมาก เป็นต้น ซึ่ง ดร.สิวินีย์กล่าวว่า ตัวอย่างเหล่านี้คือความสำคัญของมาตรวิทยาที่แฝงอยู่ในชีวิตประจำวันของเรา

อย่างไรก็ดี คาดว่าชาวโลกจะได้ร่างนิยามใหม่ของหน่วยวัดมวลนี้ ออกมาในเดือน ต.ค. 2011 แต่จะมีการลงคะแนน เพื่อตัดสินใจยอมรับมาตรฐานกิโลกรัมใหม่ในช่วงปี 2014-2015.

รู้ไหมว่า? มีเพียง 3 ประเทศในโลกที่ยังไม่ใช้หน่วยวัดสากล

ในระบบหน่วยระหว่างประเทศหรือระบบเอสไอ มีหน่วยวัดพื้นฐานที่เรียกว่า “หน่วยมูลฐาน” (Basic SI units) ทั้งหมด 7 หน่วยตามปริมาณมูลฐานทางฟิสิกส์ ได้แก่

1.เมตร (meter) หน่วยวัดความยาว (length)
2.วินาที (second) หน่วยวัดเวลา (time)
3.กิโลกรัม (kilogram) หน่วยวัดมวล (mass)
4.เคลวิน (Kelvin) หน่วยวัดอุณหภูมิ (temperature)
5.แอมแปร์ (ampere) หน่วยวัดกระแสไฟฟ้า (electric current)
6.โมล (mole) หน่วยวัดจำนวนอนุภาค (number of particles)
และ 7.แคนเดลา (candela) หน่วยวัดความเข้มแห่งการส่องสว่าง (luminous intensity)

ทั้งนี้ หน่วยวัดมูลฐานในระบบเอสไอ 6 หน่วย ได้แก่ เมตร วินาที เคลวิน แอมแปร์ โมล และแคนเดลา เป็นหน่วยที่ไม่ใช้วัตถุทางกายภาพอ้างอิง ซึ่งการนิยามกิโลกรัมใหม่ จะทำให้หน่วยวัดมวลนี้ เป็นหน่วยถัดไปที่ไม่อ้างอิงกับวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้น

อย่างไรก็ดี แม้หน่วยเอสไอ ซึ่งอิงตามระบบวัดแบบเมตริก (metric) จะเป็นหน่วยวัดที่ใช้กันแพร่หลายในทั่วโลก แต่ก็ยังมีอีกเพียง 3 ประเทศที่ไม่ใช้หน่วยวัดสากล ยังใช้หน่วย “อิมพีเรียล” (imperial) ตามแบบอังกฤษดั้งเดิม คือ พม่า, ไลบีเรีย และสหรัฐอเมริกา

ทว่าในสหราชอาณาจักร ก็เพิ่งจะประกาศใช้หน่วยวัดสากลเมื่อไม่นานมานี้ แต่ก็ยังคงใช้มาตรวัด "อิมพีเรียล" บางอย่างเช่น "ไมล์" (mile) "ออนซ์" (ounce) และ "ปอนด์" (pound) ต่อไป.

กิโลกรัมมาตรฐาน (ชั้นกลาง) และตุ้มน้ำหนักอีก 6 อันสำหรับสอบเทียบมวลทั่วโลกซึ่งเก็บไว้อย่างดีที่สำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศ (BIPM)

หน่วยวัดมาตราต่างๆ
มาตราวัดความยาว
ระบบเมตริก
- เมตร
ระบบอิมพีเรียล
- 1 นิ้ว (inch) = 25.4 มิลลิเมตร
- 1 ฟุต (foot) = 0.3048 เมตร
- 1 หลา (yard) = 0.9144 เมตร
- 1 ไมล์ (mile) = 1.609 กิโลเมตร
ระบบไทย
- 1 กระเบียด= 5 มิลิเมตร
- 1 นิ้ว= 2 เซนติเมตร
- 1 คืบ= 0.25 เมตร
- 1 ศอก = 0.5 เมตร
- 1 วา = 2 เมตร
- 1 เส้น = 10 เมตร
- 1 โยชน์ = 16 กิโลเมตร

มาตราวัดพื้นที่
ระบบเมตริก
- ตารางเมตรเมตร
ระบบอิมพีเรียล
- 1 ตร.นิ้ว (Sq inch) = 6.45 ตร.เซนติเมตร
- 1 ตร.ฟุต (Sq foot)= 9.29 ตร.เซนติเมตร
- 1 ตร.หลา (Sq yard) = 0.836 ตร.เมตร
- 1 เอเคอร์ (acre) = 4046.78 ตร.เมตร
ระบบไทย
- 1 ตร.วา = 4 ตร.เมตร
- 1 งาน = 400 ตร.เมตร
- 1 ไร่ = 1,600 ตร.เมตร

มาตราวัดความจุ
ระบบเมตริก
- ลิตร
ระบบอิมพีเรียล
- 1 ไพนท์ (pint) = 0.568 ลิตร
- 1 ควอต (quart) = 1.136 ลิตร
- 1 แกลลอน (gallon) = 4.546 ลิตร
- 1 เพ็ค (peck) = 9.092 ลิตร
- 1 บุชเชล (bushel) = 36.4 ลิตร
- 1 ควอเตอร์ (quarter) = 2.91 เฮกโตลิตร
ระบบไทย
- 1 ทะนาน = 1 ลิตร
- 1 เกวียน = 2,000 ลิตร

มาตราชั่ง
ระบบเมตริก
- กรัม
ระบบอิมพีเรียล
- 1 ออนซ์ (ounce) = 28.35 กรัม
- 1 ปอนด์ (pound) = 0.4536 กิโลกรัม
ระบบไทย
- 1 บาท = 15 กรัม
- 1 ตำลึง = 60 กรัม
- 1 ชั่ง = 12 กิโลกรัม
- 1 หาบ = 60 กิโลกรัม

ที่มา
//www.manager.co.th/Science/ViewNews.aspx?NewsID=9540000016424
//www.manager.co.th/Science/ViewNews.aspx?NewsID=9540000016412

Create Date : 08 กุมภาพันธ์ 2554

Last Update : 8 กุมภาพันธ์ 2554 13:26:59 น.

0 comments

Counter : 1709 Pageviews.