科学が進めば単位が変わる 講談社ブルーバックス2018年4月刊
著者は、1987年東工大総合理工学研究科修士。新日鉄、工業技術院を経て、現在は産業総合研究所計量標準総合センター長（工博）です。この間、ドイツ、フランス、国際度量衡局などの招聘研究員を勤め、2012年より国際度量衡委員となりました。
この国際度量衡委員会は、1875年のメートル条約成立以来、世界の科学者が定数18人で活動を続けています。質量（キログラム）や、長さ（メートル）などの計測の基準を科学的に検討するのが役割で、毎年1回、パリ郊外にある国際度量衡局にある「国際キログラム原器」の管理状況を確認するという作業があります。白金とイリジウムの合金でつくられた円柱形で、直径も高さも約39㎜の金属塊ですが、そこにたどり着くのがたいへんです。まず３つのカギのかかった扉を開けますが、3つのカギはそれぞれ別の人が持っており、3つが揃わないと開きません。さらに金庫を開けると、ガラスの容器に収められています。委員はお互いに「Still there」と確認し、また金庫と扉を元通りに閉めるのです。
ところが、これほどまで厳しく管理している「国際キログラム原器」が、ごくわずかに変化していることがわかってきました。当初10万年は変わらないとされていたのに、その後の計測技術の発展で、その変化が無視できなくなったのです。科学が進んだためでした。
メートル法は18世紀のフランスで生まれました。科学的に不変・普遍な単位系として、地球や水を基準にし、10進法を採用しました。国際メートル原器がつくられ、そのコピーが条約加盟国に配布されたのです。明治の日本は、ぎりぎりにその配布に間に合いました。
しかし、メートルの長さ測定は、目盛り線の読みなどの精度に不安があり、早くから原器の限界が問題になっていました。現在は原器に代えて光による定義が用いられています。光の速さをクリンプトンランプで測定し、秒速299792458ｍと決定して、1ｍを定義したのです。その精度は、1ｍ当たり20ピコｍで、原器は不要になりました。
（ピコは1兆分の1）
キログラム原器は、天秤で高精度の質量を測定してきました。コピーの誤差は10憶分の1㎏で、指紋1個の1/50ほどでしたから、万全とされていました。それが130年後の現在、原器の表面に指紋１個分ほどの不純物が付着し、新しい質量基準が必要となったのです。
そこでまず既知の原子を多数集めることが考えられました。例えば炭素原子をアボガドロ数だけ集めて1モルの12グラムとし、1キログラムを求める方法です。しかし作業量は膨大で、同位元素の問題もあり、とても現実的ではありません。そのため新たに量子力学による電気量を基準とする方法が浮上してきました。プランク定数と光の速さで質量を表すことができて、論理的にも前者の結果と一致するからです。このプランク定数とキログラムを比較するために考案された装置が、「キッブル・バランス」でした。その原理は、電気で力を発生させ、それでキログラムを吊り上げるというものです。しかしその方法で成功したのは、まだ世界で3機関しかありません。それでもなお不確かさが残るので、あらためて先の方法が国際プロジェクトによって検討されました。その他の単位の定義が、すべて基礎物理定数化している中で、キログラムも今、ようやく新しい定義に代ろうとしています。「了」
