Новости

19 ноября

Килограмм уже не килограмм: ученые изменили способ измерения массы и отказались от эталона

В парижском Версале состоялось очередное, с нетерпением ожидаемое учеными всего мира заседание Генеральной конференции по мерам и весам, на которой было окончательно принято решение о переопределении килограмма, ампера, кельвина и моля — четырех из семи базовых единиц измерения в системе СИ.

Наибольший ажиотаж вызвало именно изменение килограмма, так как он остается единственной единицей измерения, которая имеет физический объект-прототип — самую настоящую гирю, которую хранят под тремя куполами в подвале, в закрытом на три разных замка хранилище бюро мер и весов на окраине Парижа. В эпоху производства нано-процессоров, освоения глубокого космоса и трансплантации жизненно важных органов подобные архаизмы звучат на манер средневековой легенды, однако это чистая правда. Эталон килограмма не изменялся с 1889 года, и ученые приложили массу усилий в последние 10-15 лет, чтобы решить эту проблему.

Краткая, но увлекательная история килограмма

Трудно не заметить, что килограмм — единственная величина в системе СИ, имеющая приставку «кило» (то есть, 1000) в базовой форме. Дело в том, что эта единица измерения была введена в 1793 году во Франции, где вовсю полыхала революция и первоначальное название grave (от латинского «gravitas») имело не слишком удачное созвучие с титулом «граф». Чуть позднее один из отцов «грава», небезызвестный Антуан Лавуазье, был обезглавлен, а «grave» переопределен в «gramm», как 1/1000 «грава», но затем возвращен в привычный масштаб уже с приставкой «кило».

Изначально «грав» равнялся массе кубического дециметра воды, температура которой составляла ноль градусов по Цельсию, килограмм отличался лишь более теплой водичкой (+4 градуса). Естественно, требовался более надежный эталон, который и был изготовлен в 1799 году из самой чистой платины, которую удалось получить. Спустя 90 лет была произведено сразу 40 новых «килограммов» из более прочного и надежного платино-иридиевого сплава. Главный образец с еще шестью братьями-близнецами оставили в Париже, а остальные разослали по всему миру в качестве эталона.

Проблемы начались в 1948 году, когда все эталоны были собраны вместе для взвешивания. Оказалось, что несмотря на максимально схожие условия хранения, массы всех образцов заметно изменились, а повторный замер в 1988-1992 годах показал, что эти различия имеют тенденцию увеличиваться. Уже тогда стало очевидным, что от физического объекта-прототипа необходимо избавляться.

Зачем изменять массу килограмма?

На самом деле, если бы в 2001, например, году кто-нибудь проник в подвал бюро мер и весов, открыл все три независимых замка, снял три купола с главного эталона и увеличил или уменьшил его массу, это не повлекло бы за собой ровно никаких глобальных изменений в физике и других дисциплинах. Так зачем же что-то менять?

Например потому, что это возможно сделать. Ученые всего мира могут говорить на одном универсальном языке математики или химии, который основывается на константах известной нам Вселенной и не зависит ни от каких изменяемых физических объектов. Аналогичного языка хотят для себя физики, у которых одна из семи главных величин по-прежнему официально описывается как железяка, хранящаяся в парижском подвале.

Как заменить массу килограмма без самого килограмма?

На самом деле, сделать это можно разными способами, но самым эффективным вариантом является перенос значения килограмма на какую-либо естественную неизменную константу и возвращение в удобный формат уже с полученным свойством «бесконечности». Поясним на примере метра:

До 1983 метр выглядел как платиновая палка, лежащая все в том же парижском подвале с теми же вытекающими проблемами интерпретации.

Однако затем метрологи переопределили метр как расстояние, которое пролетит свет за 1/299 792 458 секунды. Отсюда же вывели принятую на сегодняшний день скорость света — 299 792 458,000… метров в секунду. С этого момента платиновая палка утратила свою актуальность.

Сколько теперь будет весить килограмм?

Основным способом расчета килограмма теперь станет измерение постоянной Планка, которое будет проводиться при помощи так называемых «весов Киббла» или «Ватт-баланса». Это довольно сложный физический процесс, не доступный для простого объяснения. Важно лишь то, что уже в мае 2019 года ученые должны будут представить окончательные расчеты, которые позволят метрологам наконец переместить платиново-иридиевую болванку в музей из подвала Международного бюро мер и весов в Париже.

Источник: https://yablyk.com/559537-kilogramm-uzhe-ne-kilogramm-uchenye-izmenili-sposob-izmereniya-massy-i-otkazalis-ot-etalona/