Определение килограмма изменилось навсегда. Вот что это действительно означает

218
218 points

Наконец, спустя 130 лет после создания, килограмм отправился на пенсию. Но это не конец: 20 мая 2019 года было введено новое его определение — гораздо более точное, чем то, что у нас было до сих пор.

После того, как в конце прошлого года на Всеобщей конференции мер и весов в Версале это изменение было единогласно проголосовано, оно, наконец, стало официальным. Килограмм умер, да здравствует килограмм.

Изображение: en:User:Greg L [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

В своей обыденности большинство людей совершенно не задумываются о метрологии — науке об измерениях. Но она очень важна. Это не просто система, с помощью которой мы измеряем мир; это также система, с помощью которой ученые проводят свои наблюдения.

Она должна быть точна и она должна быть постоянна, предпочтительно основываясь на законах нашей Вселенной, какой мы ее знаем.

Но из семи базовых единиц Международной системы единиц (СИ) четыре до сих пор не были основаны на физических константах: ампер (сила тока), кельвин (температура), моль (количество вещества) и килограмм (масса).

«Идея, — объяснил почетный директор Международного бюро мер и весов Терри Куинн в ScienceAlert, — заключается в том, что если все единицы измерения основаны на физических константах, они по определению являются стабильными и неизменными в будущем, а также повсеместно доступными».

Например, метр определяется расстоянием, которое свет проходит в вакууме за 1/299792458 секунды. Секунда определяется временем, которое требуется для колебания атома цезия 9 192 631 770 раз.

Килограмм же до сих пор определялся … килограммом.

И это так, в буквальном смысле. Эта килограммовая цилиндрическая гиря, называемая Международным прототипом килограмма (IPK) и состоящая из 90% платины и 10% иридия, была изготовлена в 1889 году и с тех пор хранилась в специальном хранилище в штаб-квартире Международного бюро мер и весов.

Изображение: NIST

Фактически, килограмм являлся единственной базовой единицей в СИ, все еще определяемой физическим объектом.

В разных точках мира были копии, используемые в качестве национальных стандартов, которые иногда отправлялись во Францию ​​для сравнения с прототипом.

И вот тут все становится интереснее: учёные наблюдали, что масса этих копий со временем начинала отличаться от массы прототипа, запертого в хранилище. Подобное может происходить при потере (испарении) атомов или, наоборот, впитывании молекул из окружающего воздуха.

Неясно, то ли копии теряли массу, то ли прототип набирал массу, но ни один из этих сценариев не идеален для научной точности, даже если мы имеем дело с простыми микрограммами.

Поэтому последние несколько лет метрологи говорили о необходимости нового стандарта. Теперь они, наконец, переопределили килограмм на основе постоянной Планка, основной константы квантовой теории, и будут измерять его с помощью так называемых весов Ватта (или баланса Киббла).

Другими словами, определение килограмма теперь связано с количеством электромагнитной энергии, необходимой для уравновешивания объекта соответствующей массы. Так что эталонную гирю заменят электрический ток и напряжение.

Конечно, это не будет иметь никакого значения для жизни большинства людей — килограмм яблок до изменения все равно будет килограммом яблок после изменения — но это будет иметь значение для метрологов в частности и ученых в целом.

«[Новое определение] значительно улучшит понимание и элегантность преподавания о единицах измерения, — сказал Куинн. — Это откроет путь к неограниченному повышению точности измерений, значительно улучшит точность и расширит возможности проведения точных измерений в очень малых и очень больших количествах».

Так что всех нас можно поздравить с наступлением новой эры.

Что касается самого прототипа килограмма, то небольшой металлический цилиндр, который был так важен в течение стольких лет, будет по-прежнему оставаться в тех же условиях, что и всегда, под двумя колоколами в хранилище с климат-контролем.

В какой-то мере, это оказание почести его наследию — но ученые всегда будут учеными. Куинн также сказал, что «в последующие годы и десятилетия мы сможем наблюдать, насколько сильно изменится его масса», на этот раз по сравнению с новым неизменным определением килограмма. Поэтому мы, наконец, сможем точно сказать, действительно ли он терял массу все это время.


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

218
218 points