Khi bạn đi chợ mua 1 kg cam về ăn thì cân nặng mà bạn cầm trên tay đúng bằng với khối titanium hình trụ tròn đường kính 39mm, cao 39mm mà người ta đặt ở ngoại ô Paris từ cách đây 200 năm và đây cũng chính là căn cứ để toàn quả đât xác định như thế nào là 1 kilogram. Mặc dầu khối titanium ấy vẫn được "nâng như nâng trứng, hứng như hứng hoa" nhưng vẫn còn đó những giới hạn khiến cho khái niệm 1 kg vẫn chưa thật sự đúng đắn. Và thật ra các nhà khoa học đang tìm giải pháp khác để định nghĩa lại khái niệm 1kg và điều đó không chỉ giúp 1 kg cam bạn mua đúng đắn hơn mà nó còn đổi mới cả nhiều ngành khoa học khác cùng chuỗi hệ thống đo lường trên toàn cầu.

Hồi xưa người ta thường dạy về đơn vị 1kg bằng cách lấy chả hạn dựa trên cân nặng của nước, chi tiết là một "khối nước đá lập phương" với mỗi cạnh là 1/10 mét đang ở tại điểm nhiệt độ vừa đóng băng. Nghe có vẻ có lí nhưng điều đó chưa thật sự chính xác và từ năm 1875 thì khái niệm kilogram được định nghĩa bằng 1 khối trụ tròn bằng titanium được gọi là "Le Grande K" hay " Mẫu kilogram chuẩn quốc tế" (viết tắt là IPK).

Đây là một khối trụ tròn đường kính 39 mm và cao 39 mm đặt trong 3 chiếc lồng kính đồng tâm ở ngoại ô Paris nhằm bảo vệ nó khỏi bụi và mảnh vỡ vốn có nguy cơ khiến nó thay đổi trọng lượng. Các non sông theo hệ đo lường quốc tế đều có một bản sao của khối kilogram chuẩn hệt nhau với bản chính và sau đó mỗi 10 năm một lần được mang ra so lại với bản chính. Thậm chí cả các giang sơn đo cân nặng theo hệ pound thì cuối cùng cũng dựa trên IPK vốn được quyết định bởi Tổ chức quốc tế về cân nặng và phương pháp đo lường.

Tuy nhiên, khối IPK vẫn còn nhiều điểm bất cập, chưa phụ thuộc thực chất vật lý cơ bản của tự nhiên và dựa vào nhiều vào công nghiệp bảo quản, sao chép khối chuẩn. Stephan Schlamminger, nhà vật lý học tại Viện kĩ nghệ và tiêu chuẩn đo lường non sông Mỹ cho biết rằng "vấn đề với kilogram tại Paris chính là nó quá chính xác đến độ người ta không muốn dùng nó." Ngay cả khi vừa chạm vào khối kilogram chuẩn thì dầu từ đầu ngón tay cũng có thể làm thay đổi trọng lượng của nó.

Do đó, rất hiếm khi người ta gỡ bỏ những chiếc lồng kính ra, đồng thời không bao giờ di chuyển nó đến nơi khác. Nhiều phần những người nhiệt tình việc đúng đắn 1 kg là bao nhiêu, thí dụ như các nhà vật lý hoặc hóa học, đều hiệu chỉnh độ chính xác khí cụ của họ dựa trên một bản sao của IPK chứ không phải là cái thật. Và vấn đề ở đây là các khối kilogram bản sao có thể có sự không ngang nhau nhất định.

Vậy nên vào năm 2005, Hội đồng quốc tế về cân nặng và đo lường cho rằng khái niệm kilogram cần phải được định nghĩa lại, không dựa trên một vật thể vật lý mà tính bằng lý thuyết toán học để xác định 1 kg. Các nhà khoa học đang tìm tới hằng số Plank 6,626 x 10^-34 - con số thường gặp gỡ trong lý thuyết lượng tử, dùng để biểu đạt về các hạt cơ bản như e hoặc photon với tính chất vật lý có giá trị ngăn cách, thí dụ như năng lượng của một hạt photon theo tần số.

Bằng cách này, liên kết với phương trình nhiều người biết đến của Einstein là E = mc2, chúng ta có thể chuyển đổi năng lượng thành khối lượng. Sau cuối, người ta có thể xác định được chính xác mối quan hệ toán học giữa tần số hạt và khối lượng, nói cách khác alf xác định khái niệm kilogram bằng tần số thay vì một vật ngoài đời như xưa giờ. Ưu điểm của cách làm này chính là tần số hạt gần như không bị tác động bởi bất kỳ điều gì nên có thể được sử dụng ở nhiều nơi khác biệt nhằm cùng cho một khái niệm kg thống nhất.

Có điều hằng số Plank có giá trị rất nhỏ, do đó sẽ rất khó để kết thúc phương trình tính toán trên đây. Và trên thực tế thì các nhà khoa học dự báo rằng phải đến năm 2018 mới hoàn thiện cách làm này. Một trong những vấn đề lớn khác chính là chúng ta vẫn không có dụng cụ để xác định đúng mực hằng số Plank và hiện nhiều nhà nghiên cứu đang tìm cách làm được điều này.

Điển hình như Viện kĩ nghệ và tiêu chuẩn đo lường nước nhà Mỹ đang phát triển một cỗ máy có thể đo được hằng số Plank. Giống như nhiều giá trị khác trong vật lý và thuyết tương đối, hằng số Plank được xác định theo các phép đo không thật sự chắc chắn. Tuy nhiên cỗ máy mới với tên gọi NIST-4 đã chiếm được những dữ liệu trước tiên của nó và theo đó, các nhà khoa học có thể xác định được một giá trị với sai số chỉ 34 phần tỷ. So với tiêu chuẩn tại các tổ chức khác thì con số này đã đạt đến tiêu chuẩn chính xác, tất nhiên bằng cách hoàn thành quá trình tính toán, các nhà nghiên cứu chờ đợi rằng sẽ đưa sai số xuống mức chỉ 20 phần tỷ.

Trên khắp nhân loại, các nhà nghiên cứu khác cũng đang tìm cách để đo lường chính xác hằng số Plank. Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu non sông Canada cũng sử dụng phương pháp đo gần giống như của máy NIST-4 nhưng hướng tới sai số chỉ 19 phần tỷ và họ sẽ thông báo kết quả nghiên cứu vào 04 tuần 8 sắp tới. Và một khi tất cả các nhóm đã tìm ra cách tốt nhất để xác định hằng số Plank thì cuối cùng, chúng ta sẽ có được con số đúng mực của 1 kilogram. Giáo sư Schlamminger chi biết rằng "IPK chỉ là một biểu tượng nhưng nó từng có một lịch sử phong phú trong ngành đo lường. Và tôi nghĩ rằng người ra sẽ không ném nó ngay vào thùng rác."

Và quá trình tái xác định khái niệm 1 kilogram cũng không hề dễ chơi điều đó sẽ có ảnh hưởng đến hơn 20 đơn bị khác trong hệ đo lường mét, bao gồm cả đơn bị đo áp suất, từ trường, điện tích,... đều dựa trên kilogram. Vì vậy một khi khái niệm kilogram được định nghĩa lại, sẽ có nhiều sự thay đổi khác trong cả ngành khoa học.

Xem thêm: dich vu quang cao tu khoa