Harald Hauglin åpner en metalldør. Innenfor gløder det varmt i metall. Flombelyst, under en dobbel glassklokke, hviler et lodd av platina og iridium tungt i sin egen vekt – en kilo. Nøyaktig en kilo.

Dette er kiloloddet som alle andre norske kilolodd veies mot. Men selv dette loddet kan bli veiet og funnet for lett – eller for tungt.

Da må det til Paris. Der står nemlig selve urkiloen. Denne reisen mot sannhetens øyeblikk er vist på kino – i Bent Hamers film 1001 gram. 

I filmen blir loddet passet på av Marie, spilt av Ane Dal Torp. Marie er metrolog. Les nøye: Hun er metrolog, ikke meteorolog. Hennes fag er ikke været. Det er å gi verden så nøyaktige måleenheter som mulig.

Ødelegger nattesøvnen

Harald Hauglin er også metrolog. Vi er i en kjeller på Kjeller, utenfor Oslo. Her, i Justervesenets nøkterne betongbygg, står den norske standardkiloen trygt. Foreløpig.

Tryggheten er nemlig truet. Om noen år har dette loddet kanskje mistet sin kilotunge autoritet. Det har blitt et historisk relikvie. Glassmonteret har blitt et museumsmonter.

– Vi vil helst ikke bruke en bestemt gjenstand for å definere måleenheten. Hvis noe skjer med denne ene gjenstanden, er referansen tapt. Det er til å miste nattesøvnen over for oss metrologer, sier Hauglin.

Hans spesialområde er ikke vekt og kilo, men sekunder og tid. Likevel kan den teknologien han rår over også gjøre nytte for seg når kiloen skal defineres på nytt.

2018-revolusjonen

I 2018 skal nemlig metrologien etter planen gjennomgå en revolusjon. Økt global handel, der deler fra ett land må passe perfekt til maskiner fra et annet, har i mange år drevet utviklingen mot internasjonale målestandarder videre.

Vi som veier opp mel og måler kjøkkenkroken med tommestokk, vil ikke merke noe til revolusjonen. Meter, kilo og de andre måleenhetene vil være de samme. Men de vil defineres på nye måter.

– Vi vil gå til naturkonstantene, forklarer Hauglin.

– Lyshastigheten i vakuum er ett eksempel på en slik naturkonstant. Disse konstantene er uavhengige av tid og sted – i alle fall så langt vi hittil har vært i stand til å måle. De bestemmer de grunnleggende kreftene i universet og hvordan de utfolder seg, for eksempel i atomene.

Teller atomer

Hva betyr dette for kiloen? Framtidas kilo kan bli definert ved å telle atomer av grunnstoffet silisium.

– Vi starter med en kule av superrent silisium. Den lages etter så nøyaktige mål som mulig, som en tilnærmet perfekt kule, sier Hauglin.

Her kommer de presise atomklokkene til nytte. De er i prinsippet ekstremt presise strålingskilder.

– Vi måler avstanden mellom silisiumatomene veldig nøyaktig med røntgenstråler, og volumet på kula ved hjelp av laserstråler, fortsetter han.

– Slik kan vi bestemme hvor mange atomer kula består av. Atomvekten til silisium er kjent. Da vet vi hvor mye kula veier, sier Hauglin.

En for alle, alle for en

Men hva er egentlig vitsen med å erstatte et metallodd med en silisiumkule? Det er fortsatt en klump med stoff?

– Poenget er at silisiumkulen lages ut fra en nøyaktig definisjon. Vi kan lage så mange slike kuler som vi trenger. De er alle likestilt. Forsvinner en, så kan vi lage nye, sier Hauglin.

Urmeteren

Kiloen er den siste grunnleggende enheten som fortsatt er avhengig av en bestemt fysisk gjenstand, nemlig urkiloen i Paris. Hauglin tar meg med til et annet rom, der et tilsvarende monter for lengst har blitt et museumsmonter.

Her ligger den norske meterstaven. Også den hadde sin franske fasit, selve urmeteren. At urmeteren ligger i Frankrike, er ikke tilfeldig. Meteren er smidd i flammene av den franske revolusjon og opplysningstiden.

Urmeteren ligger fortsatt i hovedkvarteret til det internasjonale byrået for vekt og mål, Bureau International des Poids et Mesures (BIPM).

Stjerner bak edderkoppspinn

Aller først ble likevel meteren definert som en timilliondel av avstanden mellom ekvator og nordpolen.

– Å bruke jorda og himmellegemene for å definere enhetene er en gammel tradisjon, forteller Hauglin. Tradisjonen preget hans eget fagfelt, måling av tiden.

– Fram til begynnelsen av 1900-tallet hadde de astronomiske observatoriene sin glanstid, både i Greenwich i Storbritannia og i det gamle observatoriet i Oslo, forteller han.

Her insisterte Christopher Hansteen på at stjernenes passasjer måtte måles med edderkoppspinn i kikkertsiktet.  Bare edderkoppspinn var tynt nok til at tidspunktet for passasjen ikke ble usikkert.

– Spanske astronomer hadde funnet ut at edderkoppene spant tynnest når de ble sulteforet, og så plutselig skremt til å slippe tråden, forteller Hauglin.

Faglig kamp

I mange år var det en faglig kamp mellom astronomer og fysikere om hvem som kunne bestemme tiden mest nøyaktig.

Astronomene tapte. Himmellegemene slingrer i sine baner. I dag søker vi innover i atomene for å finne nøyaktig tid.

– Våre beste atomklokker går mindre enn ett milliarddels sekund feil i løpet av et døgn, sier Hauglin. Han viser meg klokkene som definerer norsk tid.

Teller radiobølger

Slike atomklokker bruker korte radiobølger fra det som kalles en maser. Den sender ut radiobølger. Bølgene kommer direkte fra atomene. I dagens atomklokker brukes oftest atomer av grunnstoffet cesium.

Forenklet sagt er atomklokker maskiner som i rasende fart teller disse karakteristiske radiobølgene. I en cesiumklokke er det gått ett sekund når 9 milliarder 192 millioner 631 tusen 770 bølger har passert.

Mange bølger blir en meter

Men samme teknologi som Hauglin bruker, kan også brukes til å definere meteren. Maseren har en bedre kjent slektning ved navn laser. Laseren sender ikke ut radiobølger, men synlig lys av det vi oppfatter som en ren farge, som er en helt bestemt bølgelengde.

– Et bestemt antall bølger fra en svært nøyaktig laser bestemmer nå lengden på en meter, forklarer Hauglin.

De samme grunnleggende konstantene og fysiske størrelsene er altså tatt i bruk for å definere både meter, sekund og enda flere måleenheter. 2018-revolusjonen har allerede startet.

Fotonikkens århundre

I et annet laboratorium viser metrolog og senioringeniør Jarle Gran meg hvordan lyset også kan brukes til å måle mengden av ozon eller andre gasser i lufta.

– Slike målinger er viktige for miljøovervåkning og sporing av giftige gasser, for eksempel i industrien, sier Gran.

Lyset kan også brukes til å analysere blodprøver eller på andre måter se inn i kroppen. Også framtidas dataoverføringer via lysfiber vil trenge den nøyaktigheten som Gran og kollegene hans arbeider for å garantere.

– Det tjuende århundret var elektronikkens århundre. Det tjueførste århundret blir fotonikkens århundre, lysets århundre, mener Gran.

Nøyaktigheten øker

– Vi er med i europeiske forskningsprosjekter som skal utvikle denne teknologien videre, sier Gran.

Kravene til nøyaktighet blir stadig større. Navigasjonssystemet GPS må kunne levere nøyaktige tidssignaler for å gi riktig posisjon. Digital radio, TV og mobiltelefon krever at datasignalene synkroniseres helt presist for at vi skal kunne snakke og lytte og se uten forstyrrende avbrudd.

For Hauglin er det likevel viktigere at klokkene er stabile over tid enn at de er nøyaktige.

– En klokke som tikker litt for fort, men stabilt, kan man saktens korrigere, mens en klokke som tikker ujevnt må man bare leve med som best man kan, sier han.

– Neste generasjon atomklokker vil bruke lys fra lasere istedenfor radiobølger. Slike optiske atomklokker tikker langt mer stabilt enn de beste cesiumklokkene, sier Hauglin.

Mot en grense

Når måleenhetene forankres i selve naturkonstantene, er det fristende å tro at denne utviklingen vil fortsette. Vil nøyaktigheten noensinne bli uendelig stor? Lyshastigheten er jo absolutt definert? Men – nei.

– Jo mer vi øker nøyaktigheten, desto mer følsomt kan vi måle den fundamentale pulsen til naturen. Det kan godt hende at det vi tror er naturkonstanter vil vise seg å variere med tid og rom, sier Hauglin.

– Jo mer presist verden beskrives, desto mer forstår vi av verden. Men jo mer vi forstår, desto mer presisjon kreves av instrumentene som gir oss denne forståelsen. Dette blir som en kunnskapsspiral, sier Gran.

Lenker:

Nettsidene til Justervesenet

Nettsidene til World Metrology Day