Siete constantes para siete unidades, / siete unidades para un solo sistema, / un sistema para medirlo todo / y a todos ponernos de acuerdo.

El 20 de mayo de 2019, coincidiendo con el Día Mundial de la Metrología, dado que ese día de 1875 se fundó la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, entró en vigencia una renovada definición del Sistema Internacional de Unidades, un día cumbre en el desarrollo de la ciencia y la tecnología, las cuales están permanentemente entrelazadas y empujándose adelante una a la otra. El mundo seguirá funcionando igual que siempre; un kilogramo de tomates seguirá siendo lo mismo de siempre, las balanzas seguirán midiendo del mismo modo que hasta ahora, pero, por primera vez en la historia, las siete unidades básicas de medida serán todas completamente independientes de objetos específicos y en su lugar pasan a depender íntegramente de siete números definidos de forma exacta. Una de las principales consecuencias de esta decisión es el aumento de la autonomía de cada país –y de cada laboratorio– al momento de establecer y calibrar sus instrumentos de medición.

Antiguamente las medidas se hacían con unidades diferentes en cada región, en cada comarca, haciendo que la comunicación fuera muy complicada. El comercio, entre otras actividades, motivó el uso de unidades comunes para establecer el intercambio de mercaderías. Pero fue la ciencia moderna la que tomó el verdadero protagonismo del asunto. Fue así que a fines del siglo XVIII, durante la Revolución Francesa, nació un nuevo sistema de unidades basado en los principios de la lógica y las ciencias naturales, que por largo tiempo se conoció como Sistema Métrico. Fue en 1960, con nuevas y mejoradas definiciones, cuando se transformó en lo que hoy conocemos como el Sistema Internacional de Unidades (SI).

Una historia medida

Las primeras definiciones del sistema métrico de la Revolución Francesa definían el metro como la diez millonésima parte de la distancia del polo norte al ecuador y el kilogramo como la milésima parte de la masa de un metro cúbico de agua (o sea, la masa de un litro de agua). Más tarde se crearían el kilogramo patrón (un cilindro de un kilogramo de masa) y el metro patrón (una barra de un metro de largo). Por un lado, estos objetos requerían custodia y cuidados especiales para que no se modificaran, pero además se hacía compleja la reproductibilidad de esas unidades en el resto del mundo. Cada país y cada laboratorio debía contar con copias, lo más exactas posibles, de esos patrones para calibrar sus propios instrumentos de medida, con todo lo que ello implica en imprecisión durante el copiado y en la variabilidad de los objetos a lo largo del tiempo.

En 1960 se dio un gran paso adelante. El metro dejó de ser una barra para pasar a definirse mediante la longitud de onda de cierto tipo específico de luz (1.650.763,73 veces la longitud de onda en el vacío de la radiación naranja del átomo del criptón 86). En 1983 surgió la definición del metro en términos de la velocidad de la luz, que es la que vale actualmente. En 1967, el segundo dejó de estar definido por el movimiento de la Tierra y pasó a definirse a partir de la frecuencia de cierto tipo específico de luz (9.192.631.770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio a una temperatura de 0 K). En 2019 finalmente le llegó el turno al kilogramo, la última unidad que todavía estaba definida por un objeto material, el cilindro metálico conocido como el prototipo internacional del kilogramo. A partir de ahora el kilogramo se define a partir de la constante de Planck (la constante fundamental de la física cuántica) mediante un sistema conocido como balanza de Kibble o balanza de potencia.

Hoy en día todas las magnitudes físicas se basan en siete unidades básicas, y a partir del 20 de mayo de 2019, las siete unidades básicas están basadas en siete números exactos, algunos de los cuales son constantes físicas universales. Estos siete números permiten que en cualquier laboratorio de cualquier país –con la tecnología suficiente– se puedan calibrar los instrumentos de medida, eliminando de ese modo la dependencia de compararlos con instrumentos o patrones de medida de otros laboratorios.

Las siete unidades básicas del SI son las siguientes:

Tiempo: segundo (s)

Longitud: metro (m)

Masa: kilogramo (kg)

Intensidad de corriente eléctrica: ampere (A)

Temperatura: kelvin (K)

Cantidad de sustancia: mol (mol)

Intensidad luminosa: candela (cd)

Para definir estas siete unidades básicas, pasan a definirse de forma exacta los siguientes siete números: la frecuencia de la transición hiperfina del estado base del átomo de cesio-133 (ΔνCs, necesario para definir el segundo); la velocidad de la luz (c, necesario para definir el metro); la constante de Planck (h, necesario para definir el kilogramo); la carga elemental (e, necesario para definir el ampere); la constante de Boltzmann (k, necesario para definir el kelvin); el número de Avogardo (NA, necesario para definir el mol), y la eficacia luminosa de la luz monocromática de 540×1012 Hz (Kcd, necesario para definir la candela).

El diagrama que acompaña esta nota muestra de qué constantes y números dependen cada una de las siete unidades básicas y cómo se relacionan las unidades entre sí, según la definición acordada en 2018 y que entró en vigencia el 20 de mayo de 2019. De esta manera, los siete números antes mencionados pasan a ser las piedras angulares de la ciencia moderna.

Quienes deseen leer más al respecto pueden entrar al blog de Martín Monteiro, en el que el físico irá publicando siete notas (si hablamos de constantes, la pasión por divulgar ciencia es una constante de Monteiro) en las que detallará la historia de cada una de las siete unidades y la formas en que se definen.

 

Fuente: https://ciencia.ladiaria.com.uy/articulo/2019/5/nueva-forma-para-definir-el-kilogramo-un-renovado-sistema-internacional-de-unidades/