Tiempo, longitud y masa como las tres cantidades básicas en física

Tiempo, longitud y masa son tres de las magnitudes básicas en Física, a partir de las cuales se definen y miden todas las otras. El metro y el segundo están hoy inequívocamente definidos a partir de leyes físicas, basadas en la Relatividad restringida y en la Mecánica Cuántica. Cualquier laboratorio bien equipado puede calibrar sus instrumentos de medida por los patrones internacionalmente establecidos, de longitud y de tiempo, sin tenerles que desplazar a una institución donde los prototipos de ese patrón estuviesen guardados.

¿Y la masa? Pues bien, el kilogramo continua definiéndose como la masa de un pequeño cilindro en platino e iridio, guardado dentro de dos plataformas de vidrio en el Departamento Internacional de Pesos y Medidas, en Sevres, cerca de París (Fig. 1.15). Existen otras copias dispersas por el mundo, que, de vez en cuando, es necesario calibrar con el prototipo de Sevres. Por ejemplo, en 1984 el prototipo americano viajó a París en una caja especial, llevado por dos personas no fuese que una sola lo dejase caer.

El Ideal sería establecer el patrón de masa a partir de leyes físicas. Pero ninguna ley física establece que la masa sea una magnitud inalterable. Podemos entonces, al menos, usar como referencia la masa de una átomo estable y abundante por ejemplo el Carbono 12. Esta idea que tiene más de 100 años, era hasta hace bien poco tiempo impracticable. Si definimos el kilogramo como la duodécima parte de la masa de 6,022 x 10 átomos de Carbón 12, ¡tenemos el problema práctico de «contar» todos esos átomos! El número de Avogadro (número de átomos existentes en un mol de una sustancia) sólo se conoce con un error relativo de una parte en 'cien millones, lo que en 6,022 x 1023 representa cerca de 1015 átomos. Esto representa un error todavía del orden dé magnitud del error del prototipo de Sevres (una parte en cien millones).

Cuando consigamos perfeccionar los procesos de «contar» átomos, el prototipo de Sevres continuará dentro de sus plataformas, no ya como patrón para todas las medidas de masa, sino como un simple objeto de museo. Será siempre útil para recordamos que las medidas comenzaron por ser comparaciones con objetos simples: reglas, relojes y masas marcadas.

1998: EL PATRÓN DE SEVRES ¿SE PUEDE DESTRONAR?

En la era de las exploraciones espaciales, para sondear las atmósferas y suelos de las lunas de Saturno, y de la vulgarización de satélites para tejer redes de 'telecomunicaciones, es importante que los dos patrones básicos, de distancia y de tiempo, sean definidos, como hemos visto, a partir de fenómenos naturales invariables. La velocidad de la luz y la frecuencia de una raya (luz) de emisión del átomo de Cesio 133 definen inequívocamente, en cualquier lugar y en cualquier instante, el metro y el segundo. Sin embargo, en contraste con la precisión y universalidad de reproducción de los patrones de distancia,

...