У ці часи турботи про вагу навіть кілограм втрачає вагу, і це може створити плутанину у великій кількості наукових робіт. Стандартний кілограм - це балон з іридієм та платиною, відлитий в Англії в 1889 році. Ніхто не знає, чому він втрачає масу, принаймні порівняно з іншими еталонними вагами, але ця зміна спричинила міжнародний пошук більш стабільного визначення.
"Це зовсім не допомагає, коли змінюється модель", - говорить Петер Беккер, науковець з Федеральної лабораторії стандартів Німеччини, установа з 1500 вчених, яка цілком віддана вдосконаленню того, як ми точно вимірюємо речі. Навіть очевидної зміни кілограма на 50 мікрограмів - менше, ніж зерна солі - достатньо, щоб спотворити ретельні наукові розрахунки. Беккер очолює міжнародну групу дослідників, яка прагне перевизначити кілограм на основі кількості атомів у хімічному елементі. Інші вчені, що базуються у Вашингтоні, розробляють інше визначення кілограма за допомогою складного механізму, званого балансуванням ват. Остаточну рекомендацію дасть Міжнародний комітет мір та ваг, орган, створений міжнародним договором, датованим 1875 р., Разом із Міжнародним бюро мір та ваг, яке зберігає міжнародний стандарт кілограмів у сейфі в замку в околицях Парижа.
Раз на рік кілограм добувають із застосуванням великих заходів безпеки, щоб зважити його, порівнюючи з іншими існуючими схемами. "Це частково церемонія, а частково зобов'язання", - пояснює Річард Девіс, директор секції, присвяченої масі в міжнародній лабораторії. "Договір повинен був би бути змінений, якщо цього не було зроблено".
Визначення 19 століття
Кілограм - єдиний із семи стандартів вимірювань, який досі базується на визначенні 19 століття. Протягом багатьох років вчені перевизначили одиниці вимірювання, такі як метр (який базувався на окружності Землі) і другий (вважається часткою доби). Тепер метр - це відстань, яку світло проходить у вакуумі протягом 299 792 458-ї секунди, а секунда - це час, коли атом цезію вібрує у 9 192 631 770 разів. Кожен з них можна виміряти з великою точністю і відтворити, що ще важливіше, де завгодно.
Кілограм був задуманий як маса літра води, але виміряти його було дуже важко, тому англійському ювеліру було доручено виготовити балон з іридію та платини для його визначення.
Однією з причин того, що кілограм затримується з оновленням, є те, що його точніше не дає негайної практичної користі. Однак зміна моделі впливає на інші заходи. Наприклад, вольт визначається в перерахунку на кілограм, тому стабільний кілограм дозволить вольт краще відповідати стандартам вимірювань.
Загалом було створено 80 еталонних примірників кілограма, які були роздані країнам, що підписали договір десяткової метричної системи. Деякі копії зберігалися у зниклих країнах, таких як Сербія. Японці повинні були здати свої після Другої світової війни. Німеччина зробила кілька копій, у тому числі одну, надіслану до Баварії в 1889 році, та одну зі Східної Німеччини. Щоб оновити кілограм, Німеччина спільно з вченими з інших країн виробляє повністю сферичний кристал кремнію вагою в один кілограм. Ідея полягає в тому, що якщо ви точно знаєте атоми, з яких складається кристал, відстань, яка їх розділяє, і розмір кулі, ви можете розрахувати кількість атомів у кульці, і це число стане визначенням кілограма.
Щоб відокремити три ізотопи кремнію, Беккер та його команда звертаються до заводів ядерної зброї в колишньому Радянському Союзі, де є центрифужні машини, раніше використовувані для виробництва високозбагаченого урану, які можуть виробляти кремній необхідної чистоти.
"Нам потрібно стільки дев'яток", - говорить Беккер. "У росіян їх у нас близько чотирьох", або 99,99% чистого кремнію 28.
Зараз вироблено випробувальний кристал, і Арнольд Ніколаус, інший науковий співробітник лабораторії стандартизації, відповідає за вимірювання, чи є він абсолютно сферичним. Він виміряв кристал у 500 000 точок, щоб з’ясувати його форму. Напевно, це найкругліший предмет ручної роботи. "Якби Земля була такою круглою, Еверест мав би висоту чотири метри", - каже Ніколаус. Цікавою особливістю цієї сфери є те, що неможливо дізнатися, зупинена вона чи обертається, за винятком випадків, коли на неї потрапляє плямка пилу.
Інша команда, яка конкурує, вдосконалює методику розрахунку кілограма за допомогою напруги. Ідея полягає в тому, щоб виміряти електромагнітну силу, необхідну для врівноваження еталонного кілограма, визначення якого було б мірою тієї потужності або чогось похідного, наприклад маси електрона.
* Ця стаття з’явилась у друкованому виданні 0003, 3 червня 2003 р.