В конце этой недели пройдет 26-я Генеральная конференция по мерам и весам. На ней метрической системе устроят апгрейд: в частности, после конференции эталон килограмма перестанет быть материальным объектом и будет определяться уже через физическую константу.
Отметим, что сейчас килограмм официально определяется как масса цилиндра, сделанного из платино-иридиевого сплава, который хранится в вакуумном сосуде под тремя замками в Международном бюро веса и мер в Севре на западе Парижа (на фото выше). Национальные лаборатории метрологии хранят копии этого цилиндра, чтобы настраивать весы в своих странах. Каждые 40 лет копии возвращаются в Париж для проверки на соответствие оригиналу. Но, судя по всему, дни нынешнего эталона килограмма сочтены. В эту пятницу 60 членов конференции, представляющие 57 стран мира, вероятно, проголосуют за изменение определения килограмма (дебаты уже состоялись, поэтому голосование можно считать формальностью), и последний начнут определять уже посредством постоянной Планка — фундаментальной константы, «вплетенной в само полотно Вселенной».
Прибор, который станет основой для нового эталона, называется «баланс Киббла» (либо весы Ватта). Установка позволяет через константу Планка рассчитать количество электромагнитной энергии, необходимой для уравновешивания груза массой, кратной стандартному килограмму.
Другими словами, баланс Киббла позволяет выразить килограмм через электрические единицы, измеренные посредством фундаментальной константы, и избавиться от материального эталона.
Почему ученые решили устроить перемены? Во‑первых, новая система безопаснее. Если физический эталон килограмма будет уничтожен, например, в результате пожара, никакой возможности проверить точность измерений не останется.
«Если бы в хранилище случился пожар, в результате которого эталон килограмма расплавился от высокой температуры, мы бы утратили возможность проверять подлинность измерений. Это отразилось бы на всей метрической системе, и мир погрузился бы в хаос, так как от измерения килограмма зависят многие производные единиц измерения: например, ньютон, паскаль, ватт, джоуль, вольт, зиверт и другие», — утверждает физик Ян Робинсон.
Во-вторых, масса эталонного цилиндра непостоянна и в действительности время от времени то увеличивается, то уменьшается. Дело в том, что на поверхности цилиндра постоянно собираются частицы из воздуха, которые делают его тяжелее. В то же время, когда его чистят, килограмм теряет массу, поскольку небольшие частички сплава стираются. Кроме того, имеют место эффекты диффузии и испарения.
Неточность трудно подсчитать. По приблизительным расчетам, за столетие эталонный килограмм изменил свою массу на десятки микрограмм. Все ученые знают наверняка, что килограмм, который определяет значение всех других, уже не тот, что прежде.
С «балансом Киббла» измерения не зависят от одного физического объекта. Конечно, это дорогое оборудование, и его установка в лабораториях потребует вложения немалых средств, но реформа позволит разработать более стабильную базу измерений, а также создаст почву для развития более точных измерительных устройств.
«В недалеком будущем фармацевтические компании захотят использовать ингредиенты, которые нужно будет измерять с точностью до нескольких миллионных или даже миллиардных долей грамма. Мы должны быть готовы взвешивать вещества с такой точностью», — рассказывает профессор Британской физической лаборатории (NPL) Тим Приор.
С философской же точки зрения переход к физической константе означает отказ от грубых человеческих измерений и приближение к тому, как на самом деле работает Вселенная.
«Если инопланетяне когда-то прилетят на Землю, разве мы будем говорить с ними о чем-то другом, кроме физики? Но чтобы говорить о физике, нам нужно договориться об общих единицах измерения, и если мы скажем им, что наша единица массы основана на гире металла, которую мы держим в Париже, над нами будет смеяться вся Вселенная», — заявил физик Национального института стандартов и технологий США Стивен Шламмингер, который будет принимать участие в голосовании.
Если голосование обойдется без эксцессов, Земля будет спасена от галактического позора.
«Создавая метрическую систему после Французской революции, ученые хотели сделать измерительную систему неизменной и доступной для всех людей. Однако их намерения споткнулись об эталон килограмма, который не только не стабилен, но и хранится в закрытом сейфе, а потому — недоступен для большинства людей.
Но сейчас, похоже, мы стоим на пороге исторического события, в процессе которого мы завершим начатое несколько веков назад», — подытожил Шламмингер.
Напоследок отметим, что, по словам ученых, новое определение килограмма никак не повлияет на повседневную жизнь абсолютного большинства людей. «Килограмм овощей останется таким же килограммом овощей», заметили они.
Источники: УНИАН, Popmech, hightech.fm
- На данный момент килограмм является последней единицей измерения из семи (помимо килограмма, это метр, секунда, ампер, моль, кельвин и кандела), в основе которой не лежит физическая константа и которая берет за эталон материальный объект.
- Ранее подобные пертурбации "пережили" и другие единицы изменения. Например, в прошлом веке физики отказались от измерения секунды как 1/86 400 доли средней длительности дня. Вместо этого эта величина стала определяться как время, необходимое для 9,192,631,770 вибраций атома цезия. То же самое произошло с метром — ученые отказались от определения этой величины путем высчитывания 1/10 000 000 доли от расстояния между экватором и Северным полюсом, и сегодня метр определяется как длина, пройденная светом в вакууме за 1/299 792 458 секунды.