فیزیک محاسباتی همانطوری ‌که از نامش بر می‌آید ، شامل محاسباتی است که در فیزیک انجام می‌گیرد. می‌دانیم که روش حل عددی در تمام مسائل فیزیک به پاسخ منجر نمی‌شود. بعبارت دیگر ، موارد معدودی وجود دارد که با توسل به روشهای تحلیلی قابل حل هستند و لذا در موارد دیگر باید از روشهای عددی و تقریبی استفاده کنیم. هدف فیزیک محاسباتی تشریح و توضیح این روشها می‌باشد.

به عنوان مثال ، فرض کنید با یک خط‌کش طول میزی را اندازه بگیریم، طبیعی است که بخاطر خطای اندازه‌گیری اگر 10 بار طول میز اندازه‌گیری شود، در هر بار اندازه‌گیری مقداری که با مقادیر قبلی تفاوت جزئی دارد، حاصل خواهد شد. بنابراین برای تعیین طول واقعی نیز با بیشترین دقت باید به روشهای آماری متوسل شویم.

توزیع‌ های آماری

معمولا اگر داده‌های تجربی حاصل از آزمایشها را بر روی یک نمودار پیاده کنیم، در این‌صورت ، بر اساس نمودار حاصل ، این داده‌ها از توزیع بخصوصی تبعیت خواهند کرد. این توزیع‌ها را اصطلاحا توزیع‌های آماری می‌گویند که معروفترین آنها عبارتند از:

توزیع دوجمله‌ای

فرض کنید تاسی را n بار پرتاب کنیم و هدف ما آمدن عدد 6 باشد. در این‌صورت ، این عمل را "آزمون" و تعداد دفعاتی را که عدد 6 ظاهر شده است، "موفقیت" و مواردی را که اعداد دیگر ظاهر شده است، "عدم موفقیت" می‌گویند. بنابراین ، اگر موفقیت‌ها بر یکدیگر تاثیر نداشته و مستقل از یکدیگر باشند و نیز ترتیب مهم نباشد، در اینصورت ، داده‌ها از توابع توزیع دوجمله‌ای پیروی می‌کنند.

توزیع پواسون

اگر چنانچه تعداد حالات با تعداد آزمونها به سمت بینهایت میل کند و نیز احتمال موفقیت (p) به سمت صفر میل کند، در اینصورت ، داده‌ها از تابع پواسون پیروی می‌کنند. شرط عملی برای استفاده از توزیع پواسون این است که تعداد آزمونها بیشتر از 30 بار بوده و نیز احتمال موفقیت کمتر از 0.05 باشد. لازم به ذکر است که این دو شرط باید بطور همزمان برقرار باشند. این معیار عملی از روی هم گذاشتن توابع توزیع و گزینش بهترین انتخاب و از روی آن تعیین N و P ویژه حاصل می‌گردد.

توزیع گاوسی

توزیع گاوسی یا نرمال یک نقش اساسی در تمام علوم بازی می‌کند. خطاهای اندازه‌گیری‌ معمولا به‌وسیله این توزیع داده می‌شود. توزیع گاوسی اغلب یک تقریب بسیار خوبی از توزیع‌های موجود می‌باشد. دیدیم که اگر N بیشتر شده و احتمال موفقیت (P) کوچک باشد، در این صورت توزیع پواسون حاکم است. حال اگر تعداد آزمونها (N) به سمت اعداد خیلی بزرگتر میل کند، بطوری که حاصلضرب NP به سمت 20 میل کند، در این صورت شکل تابع توزیع حالت تقارن پیدا می‌کند، بگونه‌ای که می‌توان آن را با یک توزیع پیوسته جایگزین کرد. این توزیع پیوسته همان توزیع گاوسی است.

برازش

اغلب اتفاق می‌افتد که نموداری در اختیار داریم و می‌خواهیم مدل فیزیکی را که بر این نمودار حاکم است، پیدا کنیم. فرض کنید در یک حرکت سقوط آزاد اجسام ، زمان و ارتفاع سقوط را اندازه‌گیری کرده و نتایج حاصل بر روی یک نمودار پیاده شده است. حال با توجه به اینکه معادله حرکت سقوط آزاد اجسام را می‌دانیم و می‌خواهیم با استفاده از این نمودار مقدار g ، شتاب جاذبه ثقل ، را تعیین کنیم. بنابراین ، در چنین مواردی از روش برازش که ترجمه واژه لاتین (fitting) می‌باشد، استفاده می‌کنیم. در این حالت ابتدا باید توزیع حاکم بر این داده‌ها را بشناسیم که اغلب در چنین مواردی توزیع حاکم ، توزیع گاوسی است.

حل دستگاه معادلات

معمولا در مسائل عددی به مواردی برخورد می‌کنیم که یک دستگاه n معادله n مجهولی ظاهر می‌گردد. در این صورت ، برای حل این معادلات به طریق عددی از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود. یکی از این روشها ، حل دستگاه معادلات به روش حذف گوسی (روش کاهش یا حذف گاوسی) می‌باشد. البته روشهای دیگری مانند حل دستگاه معادلات به روش محورگیری و موارد دیگر نیز وجود دارد که بسته به نوع مسئله مورد استفاده ، از آن روش استفاده می‌گردد.

انتگرالگیری عددی

اگر مسئله‌ای وجود داشته باشد که در آن انتگرالهای دوگانه یا سه‌گانه ظاهر شود، البته با اندکی زحمت می‌توان این انتگرالها را به صورت تحلیلی حل کرد. اما این موارد چندان زیاد نیستند و در اغلب موارد به انتگرالهای چندگانه‌ای برخورد می‌کنیم که حل آنها به روش تحلیلی تقریبا غیرممکن است. در چنین مواردی از روش انتگرالگیری عددی استفاده می‌شود. روشهایی که در حل انتگرالها به روش عددی مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل روش ذوزنقه‌ای ، روش سیمپسون یا سهمی ‌و روشهای دیگر است.

البته خطای مربوط به این روشها متفاوت بوده و بسته به نوع مسئله‌ای که انتگرال در آن ظاهر شده است، روش مناسب را انتخاب می‌کنند. تقریبا دقیق‌ترین روشها ، انتگرالگیری به روش مونت کارلو می‌باشد، که امروزه در اکثر موارد از این روش استفاده می‌گردد. مزیت این روش به روشهای دیگر در این است که اولا محدودیتی وجود ندارد و انتگرال هر چندگانه که باشد، با این روش حل می‌شود. در ثانی ، این روش نسبت به روشهای دیگر کم هزینه‌تر است.

شبیه سازی

آنچه امروزه بیشتر مورد توجه قرار دارد، شبیه سازی سیستمهای فیزیکی است. به عنوان ابتدایی‌ترین و ساده‌ترین مورد می‌توان به حرکت آونگ ساده اشاره کرد. در این حالت یک برنامه کامپیوتری نوشته می‌شود، بگونه‌ای که حرکت آونگ را بر روی صفحه کامپیوتر نمایش دهد. در ضمن کلیه محدودیت‌های فیزیکی حاکم بر حرکت نیز اعمال می‌شود. در واقع مثل اینکه بصورت تجربی آونگی را به نوسان در می‌آوریم و دوره تناوب و سایر پارامترهای دقیق در مسئله را تعیین می‌کنیم. البته این مثال خیلی ابتدایی و ساده است.

لازم به ذکر است ، شبیه سازی به روش مونت کارلو به دو صورت می‌تواند مطرح باشد. حالت اول عبارت از شبیه سازی با رسم تصویر متوالی است. درست مانند مثالی که در بالا اشاره کردیم. حالت دوم شبیه سازی آماری یا احتمالی است. بعنوان مثال ، انواع اندرکنش‌های فوتون با ماده را که به پدیده‌های مختلفی مانند اثر فوتوالکتریک ، اثر کامپتون ، پدیده تولید زوج و ... منجر می‌گردد، با این روش می‌توان مورد مطالعه قرار داد.

فیزیک از واژه یونانی physikos به معنی « طبیعی» و physis به معنی « طبیعت» گرفته شده است. پس فیزیک علم طبیعت است به عبارتی در عرصه علم پدیده های طبیعی را بررسی می کند.

علم فیزیک

علم فیزیک رفتار و اثر متقابل ماده و نیرو را مطالعه می کند.مفاهیم بنیادی پدیده های طبیعی تحت عنوان قوانین فیزیک مطرح می شوند.این قوانین به توسط علوم ریاضی فرمول بندی می شوند به طوریکه قوانین فیزیک و روابط ریاضی با هم در توافق بوده و مکمل هم هستند.و دو تایی قادرند کلیه پدیده های فیزیکی را توصیف نمایند.

تاریخچه علم فیزیک

- از روزگاران باستان مردم سعی می کردند رفتار ماده را بفهمند. و بدانند که:چرا مواد مختلف خواص متفاوت دارند؟ چرا برخی مواد سنگینترند؟ و... همچنین جهان ، تشکیل زمین و رفتار اجرام آسمانی مانند ماه و خورشید برای همه معما بود.

- قبل از ارسطو تحقیقاتی که مربوط به فیزیک می شد ، بیشتر در زمینه نجوم صورت می گرفت. علت آن در این بود که لااقل بعضی از مسائل نجوم معین و محدود بود و به آسانی امکان داشت که آنها را از مسائل فیزیک جدا کنند. در برابر سوالاتی که پیش می آمد گاه خرافاتی درست می کردند، گاه تئوریهایی پیشنهاد می شد که بیشتر آنها نادرست بود.

این تئوریها اغلب برگرفته ازعبارتهای فلسفی بودند و هرگز بوسیله تجربه و آزمایش تحقیق نمی شدند. و بعضی مواقع نیز جوابهایی داده می شد که لااقل بصورت اجمالی و با تقریب کافی بنظر می رسید.

- جهان به دو قسمت تقسیم می شد: جهان تحت فلک قمر و مابقی جهان.مسائل فیزیکی اغلب مربوط به جهان زیر ماه بود و مسائل نجومی مربوط به ماه و آن طرف ماه نیز« فیزیک ارسطو» یا بطور صحیحتر« فیزیک مشائی» بود که در چند کتاب مانند« فیزیک»،« آسمان»،« آثار جوی»،« مکانیک»،« کون و فساد» و حتی« مابعدالطبیعه» دیده می شد.

- تا اینکه در قرن 17 ، گالیله برای اولین باربه منظور قانونی کردن تئوریهای فیزیک ، از آزمایش استفاده کرد. او تئوریها را فرمولبندی کرد و چندین نتیجه از دینامیک و اینرسی را با موفقیت آزمایش کرد. پس از گالیله ، اسحاق نیوتن ، قوانین معروف خود «قوانین حرکت نیوتن) را ارائه کرد که به خوبی با تجربه سازگار بودند.

- بدین ترتیب فیزیک جایگاه علمی و عملی خود را یافت و روزبه روز پیشرفت کرد، مباحث آن گسترده تر شد، تا آنجا که قوانین آن از ریزترین ابعاد اتمی تا وسیعترین ابعاد نجومی را شامل می شود. اکنون فیزیک مانند زنجیری محکم با بقیه علوم مرتبط است و هنوز هم به سرعت در حال گسترش و پیشرفت می باشد.

نقش فیزیک در زندگی

- هر فرد بزرگ یا کوچک، درس خوانده یا بیسواد ، شاغل یا بیکار خواه ناخواه با فیزیک زندگی می کند. عمل دیدن و شنیدن ، عکس العمل در برابراتفاقات ، حفظ تعادل در راه رفتن و... نمونه هایی از امور عادی ولی در عین حال وابسته به فیزیک می باشند.

- پدیده های جالب طبیعی نظیر رنگین کمان ، سراب ، رعد و برق ، گرفتگی ماه و خورشید و... همه با فیزیک توجیه می شوند.

- برنامه های رادیو ، تلویزیون ، ماهواره ، اینترنت ، تلفن و... با کمک فیزیک مخابره می شوند.

- با این نمونه های ساده ، می توان تصور کرد که اگر فیزیک نبود و اگر روزی قوانین فیزیک بر جهان حاکم نباشند، زندگی و ارتباطات مردم شدیدا دچار مشکل می شود.

فیزیک و سایر علوم

- فیزیک، دینامیک و ساختار درونی اتم ها را توصیف می کند. و از آنجا که همه مواد شامل اتم هستند، پس هر علمی که در ارتباط با ماده باشد، با فیزیک نیز مرتبط خواهد بود. علومی نظیر: شیمی ، زیست شناسی ، زمین شناسی ، پزشکی ، دندانپزشکی ، داروسازی ، دامپزشکی ، فیزیولوژی ، رادیولوژی ، مهندسی مکانیک ، برق ، الکترونیک ، مهندسی معدن ، معماری ، کشاورزی و ... .

- فیزیک درصنعت ، معدن ، دریانوردی ، هوانوردی و... نیزکاربرد فراوان دارد. اینکه ابزار کار هر شغلی و هر علمی مبتنی براستفاده ازقوانین و مواد فیزیکی است، نقش اساسی فیزیک درسایر علوم و رشته ها را نمایان می کند. علاوه برآن استفاده روزافزون از اشعه لیزر در جراحی ها و دندانپزشکی، رادیوگرافی با اشعه ایکس در رادیولوژی ، جوشکاری صنعتی و... نمونه هایی از کاربردهای بیشمار فیزیک در علوم دیگرمی باشند.

فیزیک و آینده

با این روند رو به رشدی که علم فیزیک در کنار سایر علوم دارد، می توان امیدوار بود که در آینده به چراها و چگونگی های عالم طبیعت پاسخ داده شود و این دنیای فیزیک سکوی پرتاب به عالم متا فیزیک باشد.

در آینده شاید فیزیک بتواند ...

- رسیدن به سرعت نور و فراتر از آن را مقدور سازد.

- مثالهای عجیب نسبیت را عملی کند.

- معمای مثلث برمودا را حل کند.

- واقعیت یوفوها( بشقاب پرنده ها) را مشخص کند.

- به راز وجود یا عدم وجود هوش فرا زمینی واقف شود. و...

فیزیک پزشکی (Medicale Physics)

فیزیک پزشکی به معنی کاربرد فیزیک در حرفه پزشکی است، مانند رادیوگرافی ، سونوگرافی ، بینایی‌سنجی و غیره. چون بیوفیزیک به معنی فیزیک حیات است، فیزیک پزشکی درباره فیزیک حیات بشر بحث می‌کند. مانند گردش خون ، آناتومی گوش ، آناتومی چشم و غیره. از طرفی بکارگیری اصول و قوانین این گروههای علمی در طرح‌ریزی و یا ساختن یک سیستم ، به ترتیب مهندسی پزشکی و بیومهندسی نامیده می‌شود.

تاسیس دوره‌های آموزشی مهندسی پزشکی و بیومهندسی از ضروریات یک جامعه پشرفته است. از طرف دیگر ، آموزش فیزیک و بیوفیزیک پزشکی ، مقدم بر آموزش تکنولوژی و یا مهندسی پزشکی است. به عبارت دیگر ، می‌توان چنین بیان کرد که فیزیک پزشکی ، ابزاری بسیار قوی و قدرتمند است که می‌تواند در اختیار پزشکان و مهندسان پزشکی قرار گیرد. در واقع در سایر رشته‌های مهندسی نیز تقریبا همین شرایط حاکم است. به‌عنوان مثال ، در فیزیک الکترونیک ساختار قطعات الکترونیکی به ‌دقت مورد بررسی قرار می‌گیرد. حال آنکه در مهندسی الکترونیک بیشتر کاربرد این قطعات مورد تاکید قرار می‌گیرد.

ضرورت آشنایی با فیزیک پزشکی

امروزه به ‌واسطه پیشرفت سریع تکنولوژی و افزایش روزافزون دستگاهها در بیمارستانها و کلینیکها نه تنها وجود هزاران مهندس پزشکی در جامعه ما مورد نیاز است، بلکه پزشکان و پیراپزشکان باید در زمینه نگهداری از دستگاهها نیز توانا باشند و لازمه این امر نیز آشنایی با فیزیک پزشکی است.

عواقب بی‌‌توجهی به فیزیک پزشکی

بی‌توجهی به اصول فیزیکی حاکم بر کار تشخیص و درمان ، باعث تشدید بیماری ، اتلاف وقت و سرمایه ملی و بالاخره اتلاف جان بیماران خواهدشد. به ‌عنوان مثال ، می‌توان از بی‌دقتی در اندازه‌گیری مواد رادیواکتیو مصرفی در بخش پزشکی هسته‌ای یاد کرد که گاهی باعث نمایش نادرست تصویر ارگان مورد آزمایش می‌شود. اگر بخواهیم تمام ناهماهنگیها و گرفتاری‌های حاصل از ناآگاهی از فیزیک پزشکی را بیان کنیم، شاید چندین مقاله نیز کفایت نکند.

فواید آشنایی پزشکان و پیراپزشکان با فیزیک پزشکی

برای انجام صحیح کارهای تشخیصی و درمانی و جلوگیری از آسیبهای وارده به بیماران و حفظ و حراست دستگاهها ، باید به فیزیک مربوطه تسلط داشته‌ باشیم. بدین معنی که همه فارغ‌التحصیلان رشته‌های پزشکی و پیراپزشکی باید به اصول فیزیک پزشکی آشنایی کافی پیدا کنند، تا به نگهداری از دستگاهها و انجام صحیح کار با آنها توانایی داشته ‌باشند. در این صورت نه‌ تنها احتیاج ما به مهندسی پزشکی بصورت روزافزون احساس نمی‌شود، بلکه از آسیب‌دیدن دستگاهها و خرید دستگاههای ناخواسته جلوگیری خواهد شد.

چگونه فیزیک پزشکی بخوانیم؟

فیزیک پزشکی یکی از گرایشهای فیزیک در مقطع کارشناسی ارشد می‌باشد. به ‌بیان دیگر ، دانشجویان رشته فیزیک بعد از اخذ مدرک کارشناسی در این رشته ، می‌توانند بعد از امتحان ورودی وارد رشته فیزیک پزشکی شده و مدرک فوق لیسانس خود را در این رشته اخذ نمایند. البته لازم به ذکر است که در کشور ما ، در مقایسه با سایر گرایش‌های رشته فیزیک که در بیشتر دانشگاهها ارائه می‌گردد، گرایش فیزیک پزشکی در تعداد کمی از دانشگاهها وجود دارد.

ارتباط فیزیک پزشکی با سایر علوم

می‌توان گفت که رشته فیزیک تقریبا با بیشتر شاخه‌های علوم ارتباط دارد. رابطه فیزیک با پزشکی نیز از طریق فیزیک پزشکی برقرار می‌شود. به ‌بیان دیگر ، فیزیک پزشکی مانند پلی است که بین شاخه‌های مختلف فیزیک و پزشکی وجود دارد. به ‌عنوان مثال ، فیزیک پزشکی با گرایش‌های لیزر و فیزیک هسته‌ای ارتباط تنگاتنگ دارد.

آینده فیزیک پزشکی

با توجه به کاربردی که علوم در بهینه‌سازی زندگی بشر دارد، توجه اندیشمندان و نخبگان دنیا به پیشرفت و ترقی شاخه‌های مختلف علمی معطوف شده است. لذا در حال حاضر شاهد پیشرفت وسیع تکنولوژی هستیم. هر روز وسایل جدید و پیشرفته‌تری ساخته می‌شوند که نسبت به وسایل قبلی از کارایی بیشتری برخوردار هستند. بوجود آمدن وسایل پیشرفته و استفاده از آنها نیازمند تربیت افراد متخصص در این زمینه است.

به بیان دیگر ، هر روز وسایل مختلف پیشرفته‌ای در علم پزشکی بوجود می‌آیند. مثلا چاقوی لیزری ، چاقوی پلاسمایی و ... چند نمونه از این موارد فوق‌العاده زیاد هستند. اما برای استفاده بهینه از این وسایل و جلوگیری از صدمات جانبی آنها که جان بیمارانی را که بوسیله این ابزار مورد درمان قرار می‌گیرند، وجود متخصصین فیزیک پزشکی ، امری اجتناب ناپذیر است. بنابراین باید در این زمینه سرمایه‌گذاری بیشتری انجام شده و نسبت به تربیت چنین افرادی اقدام شود، تا ما نیز در آینده بتوانیم از این حیث به خودکفایی برسیم و شاهد هیچگونه آسیبی ناشی از استفاده نادرست این ابزارها نباشیم.

دو فیزیکدان امریکایی توانسته اند با تغییراتی در طراحی شیرها ، ابعاد قطره های خروجی از شیر را کنترل کنند.
اشتباه نکنید ، این یافته ها ، کاربردهایی در نشتی شیرآلات و یا چکه کردن شیر ندارد ، بلکه مهمترین کاربردهای آن در صنعت چاپ ، زیست فناوری و میکروالکترونیک است.

  در زمانه کاهش وزن و تناسب اندام، حتی خود وزن هم نگران وزن خود است. دانشمندان می گویند کیلوگرم استاندارد سبک تر می شود و این امر می تواند باعث ایجاد اشتباهات بالقوه ای در بسیاری از تحقیقات علمی شود. کیلوگرم به وسیله استوانه ای از جنس پلاتین ـ ایریدیم که در سال 1889 در انگلستان ساخته شده است، تعریف می شود. هیچ کس نمی داند دلیل این کاهش وزن چیست، یا حداقل چرا وزن این استوانه در مقایسه با سایر وزنه های مرجع کاهش می یابد، اما در هر صورت این تغییر وزن عاملی شد تا یک جست وجوی بین المللی برای یافتن تعریف دقیق تری از وزن صورت گیرد.

پیتر بیکر یکی از دانشمندان آزمایشگاه استانداردهای فدرال، که موسسه ای با 1500 محقق است و کارش اختصاصاً توسعه روش های جدید برای اندازه گیری هرچه دقیق تر کمیت هاست، در این مورد می گوید: «مطمئناً داشتن استانداردی که به طور مرتب در حال تغییر است، مفید نخواهد بود. » حتی تغییری به اندازه 50 میکروگرم ـ کمتر از وزن یک دانه نمک ـ در یک کیلوگرم برای ایجاد خطا در محاسبات دقیق علمی کافی است.

دکتر بیکر سرپرست یک گروه بین المللی از محققانی است که در جست وجوی راهی برای ارائه تعریف جدیدی از کیلوگرم برپایه تعداد اتم های یک عنصر خاص هستند. سایر دانشمندان از جمله محققان انستیتو ملی و فناوری در واشنگتن، در حال توسعه فناوری دیگری هستند که کیلوگرم را با استفاده از مکانیسم پیچیده دیگری که با عنوان ترازوی وات شناخته می شود تعریف کنند. تصمیم نهایی نیز برعهده کمیته بین المللی اوزان و مقادیر، سازمانی که طی یک معاهده بین المللی در سال 1865 به وجود آمده است، قرار دارد. این سازمان حفاظت از کیلوگرم مرجع بین المللی را برعهده دارد و آنرا تحت تدابیر شدید امنیتی در شاتو واقع در حومه پاریس نگهداری می کند. این استاندارد سالی یک بار تحت تدابیر شدید امنیتی توسط تنها سه نفری که کلید آن را در اختیار دارند، مورد بازبینی قرار می گیرد. اما تغییر وزن ایجاد شده خاطرنشان کرده است که زمان کنار گذاشتن این استاندارد برای انجام اندازه گیری ها فرا رسیده است. دکتر ریچارد دیویس رئیس قسمت جرم در بخش تحقیقات کمیته بین المللی می گوید: «این کار قسمتی از وظایف ماست. اگر نتوان به مفاد پیمان نامه پایبند بود، لازم است که تغییراتی در آن صورت گیرد. »

کیلوگرم تنها مورد از هفت واحد اصلی اندازه گیری است که از زمان تعریف آن در قرن نوزدهم تاکنون بدون تغییر مانده است. طی سالیان گذشته، دانشمندان در تعریف واحدهایی نظیر متر (که در اصل بر مبنای محیط زمین تعریف شده بود) و ثانیه (که بر اساس کسری از یک روز تعریف شده بود) تجدیدنظر کرده اند. هم اکنون متر بر اساس فاصله ای که نور طی یک ـ 458/692/299ام ثانیه طی می کند، و ثانیه بر اساس مدت زمانی که طول می کشد، اتم سزیم 660/631/192/9 مرتبه ارتعاش کند، تعریف می شود.

هرکدام از این کمیت ها را می توان با دقت بسیار اندازه گرفت و نکته دیگری که از اهمیت مشابهی برخوردار است آنکه در هر کجای جهان می توان آنها را دوباره ایجاد کرد. در ابتدا کیلوگرم بر اساس جرم یک لیتر آب تعریف شده بود، اما بعدها مشخص شد، که اندازه گیری دقیق جرم یک لیتر آب بسیار مشکل است. در عوض قرار شد یک طلاساز انگلیسی استخدام شود تا یک استوانه از جنس پلاتین ایریدیم بسازد که برای تعریف کیلوگرم استاندارد به کار رود. یکی از عواملی که باعث شد تا کیلوگرم از این لحاظ از سایر واحدها عقب بماند، این بود که، سود عملی فوری برای افزایش دقت آن متصور نبود. با این همه انحراف در وزن کیلوگرم استاندارد باعث ایجاد خطا در سایر اندازه گیری ها می شد. برای مثال ولت بر اساس کیلوگرم تعریف می شود، بنابراین تعریفی بر مبنای کیلوگرم پایدار منجر به آن می شود که تعریف ولت بر مبنای واحدهای اصلی اندازه گیری با دقت هرچه بیشتر صورت گیرد.

حدود هشتاد نسخه از روی کیلوگرم مرجع ،تولید و بین کشورهای امضاکننده معاهده سیستم متریک توزیع شد. تاریخ پرشور این استوانه کوچک فلزی بیانگر آن است که کل جهان طی مدت های مدیدی از تعریف واحدی برای کیلوگرم استفاده کرده است. بعضی از این نمونه های فلزی که به کشورهای امضاکننده اختصاص یافته بود بعدها ناپدید شد، از جمله نمونه ای که در اختیار صربستان بود. ژاپن نیز پس از جنگ جهانی دوم مجبور شد نمونه خود را تسلیم کند. آلمان نیز چند نمونه از آن را تحویل گرفت، از جمله یکی که در سال 1889 به ایالت باواریا اختصاص یافت و نمونه دیگری که به آلمان شرقی تعلق گرفت.

آلمان ضمن همکاری با دانشمندان سایر کشورها از جمله استرالیا، ایتالیا و ژاپن سرگرم ساخت یک کریستال دقیقاً کروی یک کیلوگرمی از جنس سیلیکون برای روزآمد کردن کیلوگرم است. ایده ساخت این نمونه بر این مبنا قرار دارد که با دانستن تعداد دقیق اتم های موجود در کریستال، فاصله آنها از یکدیگر و اندازه کره، تعداد دقیق اتم های موجود در آن را می توان حساب کرد. دکتر بیکر و همکارانش برای جداسازی سه ایزوتوپ سیلیکون به کارخانه های قدیمی ساخت سلاح های هسته ای شوروی روی آورده اند. سانتریفوژهای موجود در این کارخانه زمانی برای تولید اورانیم غنی شده به کار می رفت و امروزه نیز می تواند سیلیکون با خلوص مورد نظر را تولید کند. دکتر بیکر می گوید: «ما به حدود نه تا از این دستگاه ها نیاز داریم. » تجهیزات غنی سازی اورانیم یکی از مکان هایی است که می توان از این گونه دستگاه ها استفاده کرد. دکتر بیکر در ادامه می گوید: «قرار است از چهار تا از این دستگاه ها استفاده کنیم. » و بدین ترتیب می توان سیلیکون 28 را با خلوص 99/99 درصد تولید کرد. پیش از این یک بلور آزمایشی ساخته شده بود. دکتر آرنولد نیکلاس یکی دیگر از دانشمندان آزمایشگاه استانداردهای آلمان مسئولیت تحقیق در مورد اینکه آیا این کره واقعاً گرد است یا خیر را برعهده داشت. وی حدود نیم میلیون مکان مختلف از این کریستال را اندازه گرفت تا شکل آن را مشخص کند. این کره شاید گردترین چیزی باشد که بشر تاکنون ساخته است. دکتر نیکلاس می گوید: «اگر کره زمین هم همین قدر گرد بود، آن وقت کوه اورست فقط چهار متر ارتفاع داشت. » یکی از مشخصات جالب این کره واقعاً صاف این است که راهی برای تشخیص چرخش یا سکون آن وجود ندارد. مگر آنکه لکه کوچکی را روی سطح آن ایجاد کنیم تا چشم بتواند مسیر حرکت آن را ردیابی کند. دانشمندان ایالات متحده، انگلستان، فرانسه و سوئیس مدعی هستند که محاسبه تعداد دقیق اتم های سیلیکون موجود در کریستال با استفاده از فناوری امروز از دقت کافی برخوردار نیست و به همین دلیل آنها سرگرم ابداع روشی برای محاسبه کیلوگرم با استفاده از ولتاژ هستند.

دکتر ریچارد اشتاینر، یکی از دانشمندان، انستیتو استانداردها و فناوری واشنگتن، که سرپرست یک طرح بین المللی برای ساخت ترازوی وات است، در این زمینه می گوید: «اندازه گیری انرژی آسان تر از شمارش اتم هاست. »

وی طی هفته گذشته گزارشاتی ارائه داد مبنی بر اینکه داده هایی که به دست آورده اند دقیقاً همان چیزی است که به آن نیاز دارند. وی می گوید: «خطایی که در محاسبات ما وجود دارد بسیار ناچیز است. » چرا که خطای آنان حدود 10 قسمت در ده میلیون است. ایده ترازوی وات بر مبنای اندازه گیری نیروی الکترومغناطیسی مورد نیاز برای برقراری تعادل با یک کیلوگرم استاندارد است. از آنجایی که میدان گرانشی مکانی که آزمایش در آن انجام می گیرد با دقت زیاد مشخص شده است، جرم مورد نظر را می توان به قدرت الکترومغناطیسی مربوط ساخت.

(اندازه گیری میدان مغناطیسی بسیار پیچیده است و به اطلاعات زیادی از جمله تغییرات هر روزه نیروی جاذبه نیاز دارد. ) بنابراین تعریف کیلوگرم باید براساس اندازه گیری آن نیرو یا برحسب چیز دیگری که از آن کمیت اخذ شده است، مثلاً جرم یک الکترون تعریف شود. این آزمایش ها در واشنگتن در حال پیگیری است، اما علی رغم پیچیدگی آنها و مسیر پرپیچ وخم محاسبات جرم، دکتر اشتاینر می گوید وی مطمئن است که گروه وی به زودی خواهد توانست اطلاعات مجاب کننده را ارائه دهد. وی می گوید: «خلاصه بگویم، فکر می کنم ما برنده ایم. »

دکتر دیویس که عضو گروهی است که تصمیم گیری نهایی سرنوشت کیلوگرم را بر عهده دارند می گوید، وی هنوز هم از سرنوشت این طرح مطمئن نیست.

بسیاری از دانشمندان بر این عقیده اند که بهترین روش برای تعریف کیلوگرم شمارش تعداد کلی اتم های یک عنصر خاص است. طرحی نیز در دست اجراست که در آن تعداد اتم های طلا شمارش می شود. اما تعداد بسیار زیاد اتم های موجود در یک کیلوگرم، عددی تقریباً 25 رقمی، باعث می شود انجام این کار را در آینده نزدیک غیرممکن جلوه دهد. وی مایل است دیدگاه خود را وارد دنیای اندازه گیری های بسیار دقیق کند. او می گوید: «بسیار عالی خواهد بود اگر دو روش آزمایش متفاوت داشته باشیم که یکدیگر را تایید کنند. »