Значення одиниці маси буде залежати вже не від об’єкта, а від константи природи

Кілограм апельсинів, цукру або полворонів, за визначенням, важить стільки ж, скільки платиново-іридієвий балон, який тримається під кількома захисними витяжками і замикається трьома ключами в підвалі павільйону Бретей на околиці Парижа. Цей Міжнародний кілограмовий прототип (IPK), який використовується для калібрування офіційних стандартів одиниці маси, оголошує цієї п'ятниці про вихід на пенсію після 129 років служби. На останній сесії 26-ї Генеральної конференції з мір та ваг, що відбулася цієї п’ятниці у Версалі, 60 держав-членів одноголосно проголосували за переозначення кілограма: з наступного року одиницею маси буде не фізичний об’єкт, а величина похідне від константи природи. Ця зміна не матиме жодних наслідків для кошика для покупок і не буде помічена щодня, але вона може бути дуже важливою в наукових галузях, таких як розробка ліків.

універсальне

БІЛЬШЕ ІНФОРМАЦІЇ

«Історія науки твориться. Про це буде сказано в підручниках », - сказав Хосе Мануель Бернабе, директор Іспанського центру метрології та делегат від Іспанії на конференції. Метрологи, що зібралися, експерти в галузі вимірювання величини, роками готували зміни до Міжнародної системи одиниць, яка включатиме перегляди родимки, кельвіна та ампера, щоб ці одиниці також базувалися на універсальних константах.

Кілограм приділяється особлива увага, оскільки це остання основна одиниця, визначення якої все ще залежить від величини фізичного об’єкта. І це проблема, зазначають вчені, оскільки об’єкт не є незмінним. У минулому столітті маса ІПК коливалась. Це все ще кілограм, оскільки за домовленістю не може бути жодної невизначеності у його вартості, але щодо маси інших кілограмів він варіюється на значення щонайменше 50 мікрограмів (мільйонні частки грама). Це пов’язано з тим, що циліндр може забруднитися частинками, що потрапляють у повітря, і втратити невелику кількість матеріалу при очищенні.

"Перш за все, ми відчуваємо полегшення від прийняття рішення", - говорить Стюарт Девідсон, керівник відділу масової метрології в Національній фізичній лабораторії Великобританії (NPL), одному з центрів, що найбільше бере участь у перегляді кілограма.

Мікрограми не впливають на придбання фруктів або полворонів, але їх потрібно враховувати, наприклад, під час синтезу нових препаратів. У фізичних дослідженнях такі коливання є "нестерпними". Як пояснює Бернабе, цим рішенням "закладаються основи нової науки з меншою невизначеністю для розвитку технологій".

"Перш за все, ми відчуваємо полегшення від прийняття рішення", - каже Стюарт Девідсон, керівник відділу масової метрології в Національній фізичній лабораторії Великобританії (NPL), одному з центрів, що найбільше займається переглядом кілограма. “Є люди, які працювали над цим усе своє професійне життя. Тепер ми можемо зосередитись на вдосконаленні технології та точності наших вимірювань », - додає він.

Ще одним стимулом для зняття IPK стала небезпека пошкодження або деформації циліндра. Вимірювач, який раніше був довжиною платинового злитка, вже був перероблений у 1983 році саме для того, щоб уникнути цих проблем. Установивши швидкість світла - постійну у вакуумі - на універсальне числове значення, метрологи погодились називати лічильник "відстань, яку світло проходить за 1 299 792 458 секунд". Будь-яка лабораторія, здатна точно виміряти хід часу, може відкалібрувати свій власний метровий бар.

Революція у вимірах

Значення кілограма буде отримано з постійної Планка завдяки балансу потужності

Те саме відбудеться з кілограмом, коли затверджені зміни набудуть чинності 20 травня 2019 року, у річницю угоди про метро 1875 року. "20 травня 2019 року відбудеться найбільша революція у вимірах після Французької революції". Нобель запевнив зі сцени лауреат Білл Філліпс. Замість швидкості світла стаціонарною фігурою, обраною для визначення одиниці маси, є константа Планка - величина, яка описує енергетичні пакети, що випромінюються у вигляді випромінювання. На затвердження цього визначення кілограма йшли роки, оскільки донедавна не існувало технологічних засобів для його реалізації на практиці. Тепер, завдяки пристрою, який називається балансом Вт (іноді балансом Кібл або балансом потужності), ми можемо відкалібрувати норми кілограма, відомого значення константи Планка.

Вага Ватта нагадує вагу каструлі, але зважуваний об'єкт збалансований не з іншою масою, а з електромагнітною силою. Потужність розраховується на основі значення електричного струму, що застосовується для його генерації, і значення сталої Планка, як відомо. Коли воно досягає рівноваги із зважувальною каструлею, це забезпечує калібрування стандартів маси з найменшим досягнутим на сьогодні похибкою (для одного кілограма похибка становить близько 20 мікрограмів).

Елегантність зміни міжнародної системи полягає в тому, що в майбутньому може бути розроблена більш досконала технологія, яка дозволяє отримати значення кілограма - з константи Планка - з ще більшою точністю, ніж та, що досягається балансом, без визначення потрібно змінити. Деякі вчені пропонували визначати кілограм, використовуючи константу Авогадро, яка пов'язує кількість атомів або молекул з масою зразка, замість Планка. Консенсус полягав у досягненні емпіричного рівня точності, що дозволяє використовувати фіксовані цифри обох констант для отримання однакового числового значення кілограма.

Константа Авогадро, від значення якої також залежить нове визначення родимки, була зафіксована шляхом вимірювання кількості атомів у досконалій сфері кремнію. Очікується, що в найближчі роки всі експериментальні значення кілограма наблизяться, оскільки похибка різних вимірювальних приладів зменшується. “За останні роки експерименти значно покращились. Вони ніколи точно не збігатимуться, але зараз такий хороший час, як будь-який інший ”, - говорить Девідсон.

Що станеться з платиново-іридієвим балоном, який зберігається у підвалі Міжнародного бюро мір і ваг? "Це буде існувати і надалі", - каже Бернабе: "Але це буде ще одна закономірність, з невизначеністю, яку можна розрахувати".

На додаток до кілограма, 60 членів, що брали участь у голосуванні, також схвалили переосмислення трьох інших одиниць на основі незмінних універсальних констант. Таким чином, буде розраховано ампер (який вимірює електричний струм), виходячи з елементарного заряду; кельвін (температура) буде виміряний, дивлячись на константу Больцмана; а моль (кількість речовини) фіксується як функція від константи Авогадро.