Как изменился эталон килограмма и других единиц системы СИ

Килограмму вернули вес

На днях интернет–пользователи наблюдали за необычной трансляцией из французского Версаля: на 26–й Генеральной конференции по мерам и весам утверждали новый эталон килограмма. Международная система единиц, известная нам еще со школы как система СИ, в последнее время пережила период серьезного обновления. Килограмм, к слову, оставался единственной мерой, эталоном которой служил физический объект, то есть что–то, к чему можно прикоснуться. И сейчас вместо цилиндра из платиново–иридиевого сплава, который хранится в Международном бюро мер и весов в городе Севр недалеко от Парижа, эту роль возьмет на себя универсальная формула, основанная на принципах квантовой физики. Но не стоит волноваться: на нашей жизни это никак не отразится, и килограмм овощей или сахара останется прежним.


Что не так со старым образцом?


Ученые уверены: за долгое время существования эталона килограмма его масса изменилась, что влияет на точность измерений. Дело в том, что понятие грамма было введено еще в 1795 году и равнялось весу одного кубического сантиметра воды. Несложные вычисления показывают, что килограмм в таком случае равен одному кубическому дециметру воды. Но тут физики столкнулись с непростой задачкой: воспроизвести точное взвешивание литра воды при температуре ноль градусов оказалось, мягко говоря, непросто. Поэтому на основе измерений был создан сначала платиновый, а затем платиново–иридиевый цилиндр, который и по сей день хранится за семью печатями в Международном бюро мер и весов. Эталон просто так не потрогаешь: доступ к нему есть лишь у трех человек (директора Международного бюро мер и весов, руководителя Архива Франции и председателя Международного комитета мер и весов), причем все трое должны одновременно повернуть ключи в замке, чтобы открыть таинственную дверь. При этом национальные лаборатории метрологии хранят копии этого цилиндра, чтобы настраивать весы в своих странах, и каждые 40 лет привозят копии в Париж для проверки на соответствие оригиналу. Все бы ничего, но уже в конце прошлого века ученые пришли к выводу, что эталон постепенно теряет массу, то есть за последние 100 лет условный килограмм стал легче как минимум на десятки микрограммов. Беспокоил физиков и другой момент: случись в хранилище пожар, в результате которого эталон килограмма расплавится от высокой температуры, возможность проверять подлинность измерений будет утеряна. Результатом мог бы стать сценарий постапокалиптического фильма: мир погрузится в хаос, поскольку от измерения килограмма зависят многие производные единиц измерения — ньютон, паскаль, ватт, джоуль, вольт, зиверт...

Что теперь?

Сейчас килограмм будет определяться не весом кусочка сплава, а количеством электрической энергии, которое необходимо, чтобы сдвинуть с места объект весом в килограмм. Эта энергия, в свою очередь, будет рассчитываться на основе постоянной Планка при помощи так называемого баланса Киббла, или, как часто называют этот прибор, весов Ватта. Говоря на языке физики, килограмм должен оказаться точно таким, чтобы постоянная Планка составила ровно 6,626069х10 в степени —34 джоуля на секунду. Словом, для поиска нового килограмма даже не нужно ничего взвешивать. В свою очередь джоули (единицы энергии) будут выводиться через комбинацию килограмма, метра и секунды.

Как остальные единицы?


Килограмм был не единственной единицей измерения, которая на днях открыла для себя новую страницу в истории. По–другому теперь будут измерять также кельвин (термодинамическая температура), ампер (сила электрического тока) и моль (количество вещества). Чуть раньше новые стандарты заполучили секунда и метр, а вместе с ними и кандела, с помощью которой измеряют силу света. Секундой считалась 1/86.400 доли средней длительности дня, а сейчас — время, необходимое для 9.192.631.770 вибраций атома цезия. Что же касается метра, то на смену 1/10.000.000 доли от расстояния между экватором и Северным полюсом пришла длина, пройденная светом в вакууме за 1/299.792.458 секунд. Директор Международного бюро мер и весов Мартин Милтон, подчеркивая исторический момент именно для килограмма, заявил об окончательном отказе от связи системы СИ с артефактами. Больше никаких предметов — только формулы.

На деле это выглядит так: если раньше люди в разных странах договаривались о том, что тот или иной осязаемый объект имеет эталонную массу или длину, то теперь предметом договоренности стал протокол. И вместо того чтобы делать точно такую же гирю, как в лаборатории, достаточно провести определенный опыт и настроить приборы. Особенно смелые новаторы выделяют еще одно достоинство нового подхода: договоренность об эталоне массы теперь несложно передать какой–либо инопланетной цивилизации, чтобы говорить с ней на одном языке физики и перейти к одинаковым единицам массы без всякого обмена гирьками.


Полная перепечатка текста и фотографий запрещена. Частичное цитирование разрешено при наличии гиперссылки.
Заметили ошибку? Пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter