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28 mayo 2018

El sistema métrico, la medida de todo

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En diciembre de 1983, un pasajero de un vuelo de EEUU a París llevaba en su equipaje de mano un objeto inusual: un cofre con un cilindro metálico sujeto suavemente por tres abrazaderas acolchadas con papel especial de baja abrasión forrado con piel de gamuza, previamente desengrasada mediante inmersiones sucesivas en benceno y etanol. No era una rara obra de arte, sino una copia fiel de un objeto que muy pocas personas han podido ver con sus propios ojos: el Prototipo Internacional del Kilogramo (IPK, en inglés).

El IPK no es un kilo, sino ‚Äúel‚ÄĚ kilo. Si la masa del que se conoce como Le Grand K var√≠a lo m√°s m√≠nimo, cambia lo que entendemos por un kilogramo en todo el planeta. La copia que viajaba en ese avi√≥n no es √ļnica en el mundo. Existen decenas como ella, id√©nticas entre s√≠ y fabricadas a imagen y semejanza del original, que se custodia en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de Par√≠s (BIPM, por sus siglas en franc√©s) bajo varias campanas de cristal, en una cripta subterr√°nea con tres cerraduras y en atm√≥sfera controlada.

Copias del Prototipo Internacional del Kilogramo. Credit: National Institute of Standards and Technology

Las unidades que hoy miden el mundo en la gran mayor√≠a de los pa√≠ses comenzaron a establecerse en la Ilustraci√≥n, durante la Revoluci√≥n Francesa, aunque sus ra√≠ces son anteriores. Suele atribuirse al ingl√©s John Wilkins, en 1668, la primera sugerencia de un sistema general de medidas, y en la misma √©poca el astr√≥nomo franc√©s Gabriel Mouton propon√≠a un esquema decimal de unidades de longitud. Seg√ļn apunta a OpenMind Robert P. Crease, fil√≥sofo e historiador de la ciencia de la Universidad Stony Brook (EEUU) y autor de World in the Balance: The Historic Quest for an Absolute System of Measurement (W. W. Norton & Company, 2012), ‚Äúen el siglo XVII la Real Sociedad Brit√°nica y la Academia Francesa de Ciencias comenzaron a colaborar para tratar de encontrar fen√≥menos invariables que pudieran emplearse para evaluar la precisi√≥n de los est√°ndares y recrearlos si se perd√≠an o da√Īaban‚ÄĚ.

As√≠, la virtud del sistema buscado era que se basara en referencias naturales, ‚Äúlos est√°ndares se ve√≠an como cantidades tomadas de la naturaleza‚ÄĚ, resume a OpenMind el f√≠sico del University College de Londres Jim Grozier, coeditor y coautor de Precise Dimensions: A history of units from 1791‚Äď2018 (Institute of Physics Publishing, 2017). Su gran ventaja era la estandarizaci√≥n: antes del sistema m√©trico, solo en Francia se manejaban hasta 250.000 unidades diferentes de medida y peso, lo que dificultaba el comercio.

Expediciones para definir el metro

En 1790 la Academia Francesa propuso una unidad b√°sica de longitud, el metro, y otra de peso, el gramo. La primera se defin√≠a como la diezmillon√©sima parte del cuadrante del meridiano de Par√≠s entre el polo norte y el ecuador, mientras que la segunda se refer√≠a al peso de un volumen c√ļbico de agua de un cent√≠metro de lado. Se establecieron valores tentativos basados en los datos disponibles, pero al mismo tiempo se planificaron dos expediciones cient√≠ficas para medir un arco del meridiano con mayor precisi√≥n: desde la localidad de Rodez, Jean-Baptiste Delambre viajar√≠a hacia al norte, hasta Dunquerque, mientras que Pierre M√©chain har√≠a lo propio hacia el sur, hasta Barcelona.

Imagen generada por ordenador de la barra del Prototipo Internacional del Metro
Imagen generada por ordenador de la barra del Prototipo Internacional del Metro. Fuente: Wikimedia

Despu√©s de siete a√Īos de prospecci√≥n, por fin se obtuvo un valor definitivo para el metro. Que, sin embargo, era equivocado: M√©chain fall√≥ en el c√°lculo de la latitud de Barcelona, pero ocult√≥ deliberadamente un error que se ha perpetuado. Despu√©s de un cambio del gramo al kilogramo para mayor comodidad, se fabricaron est√°ndares de platino, y en diciembre de 1799 entr√≥ en vigor en Francia el sistema m√©trico, para despu√©s extenderse por Europa. Cient√≠ficos como Carl-Friedrich Gauss, Wilhelm Weber, James Clerk Maxwell y James Thomson propusieron ampliar el sistema, lo que dar√≠a lugar a una tabla de unidades b√°sicas de las cuales pudieran derivarse otras.

El Sistema Internacional de Unidades

La siguiente unidad en a√Īadirse fue el segundo, que pod√≠a medirse con precisi√≥n desde la invenci√≥n del reloj de p√©ndulo en el siglo XVII, y que qued√≥ definido como la fracci√≥n 1/86.400 de un d√≠a solar. En 1875, 17 pa√≠ses firmaban la Convenci√≥n del Metro, cre√°ndose la BIPM, el Comit√© Internacional de Pesos y Medidas (CIPM) y la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM) como organismo rector. En 1889 entraban en vigor los nuevos prototipos del metro y el kilo, fabricados con una aleaci√≥n de 90% de platino y 10% de iridio.

Hasta 1948 no se incorporar√≠an oficialmente otras tres unidades b√°sicas, el amperio para la corriente el√©ctrica, el grado kelvin (hoy kelvin) para la temperatura y la candela para la luminosidad. En 1960 el sistema m√©trico se transformaba en el Sistema Internacional de Unidades (SI), pero en 1971 a√ļn se incorporar√≠a una unidad b√°sica m√°s, el mol, para medir la cantidad de √°tomos, mol√©culas o part√≠culas.

Al tiempo que se completaba el SI, la CGPM comenzaba a estudiar la redefinici√≥n de las unidades seg√ļn constantes f√≠sicas. En 1960 el metro se fijaba a la longitud de onda de una radiaci√≥n determinada, relegando la barra de platino e iridio a la historia de la ciencia. En 1968 el segundo astron√≥mico se sustitu√≠a por el at√≥mico, basado en la oscilaci√≥n del √°tomo de cesio, y un a√Īo despu√©s le segu√≠a la candela. En 1983 la definici√≥n del metro cambiaba de nuevo, ajust√°ndose a la velocidad de la luz; pero dado que esta se midi√≥ con el est√°ndar antiguo, el metro que empleamos hoy contin√ļa arrastrando el error de M√©chain.

La redefinición del kilo en 2018

El Prototipo Nacional de Kilogramos de los Estados Unidos, que sirve como estándar en el país
El Prototipo Nacional de Kilogramos de los Estados Unidos, que sirve como estándar en el país. Crédito: National Institute of Standards and Technology

As√≠, el IPK ha resistido como el √ļnico artefacto f√≠sico del cual hoy siguen dependiendo una unidad fundamental y sus derivadas; de ah√≠ que se conserve como un objeto de valor incalculable y que, peri√≥dicamente, sus copias dispersas por el mundo se transporten a Par√≠s para comprobar su exactitud. Pero su fin est√° pr√≥ximo: el 16 de noviembre de 2018 la CGPM aprobar√° la redefinici√≥n del kilo, el kelvin, el amperio y el mol en funci√≥n de la constante de Planck, la de Boltzmann, la carga el√©ctrica elemental y el n√ļmero de Avogadro, respectivamente. Aunque no ser√° efectivo hasta el 20 de Mayo, D√≠a Mundial de la Metrolog√≠a, de 2019. Sin embargo, Le Grand K no ser√° desechado: seg√ļn informa a OpenMind Barry Inglis, presidente del CIPM, ‚Äúse mantendr√° y monitorizar√° en la BIPM para servir como referencia auxiliar, y las copias nacionales se calibrar√°n‚ÄĚ.

Terry Quinn, antiguo director de la BIPM, ha manifestado que este ser√° el fin de la historia de las unidades b√°sicas. Pero Grozier no est√° tan seguro. ‚ÄúQueda ambig√ľedad, al menos en el caso de la medida angular‚ÄĚ, dice. El f√≠sico propone el radi√°n, ‚Äúactualmente clasificado de forma bastante misteriosa como una unidad derivada adimensional‚ÄĚ, dice. ‚ÄúY podr√≠a haber otras‚ÄĚ.

Javier Yanes

@yanes68

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