Час от часу легче: эталон килограмма надо спасать
Что такое килограмм? Детский вопрос! Это же масса литра воды.
Чтобы получить его дома, достаточно иметь водопроводный кран и литровую банку. Но вот «настоящее и полновесное» эталонное кило сейчас быстро теряет в весе.
Увы, глобальный эталон килограмма, как явствует из New York Times, стал жертвой таинственной и продолжительной заболевании. Посмотрим в анамнез.
В восемнадцатом веке килограмм был выяснен как масса кубического дециметра воды при температуре её громаднейшей плотности (4 oС).Как выяснилось, такое определение не в полной мере конструктивно: нужен весьма правильный кубический дециметр, совсем чистая вода и полностью верный термометр.
За дополнительными сведениями о заболевшем обратимся в Книгу Судеб — БСЭ.
«Килограмм, единица массы, одна из семи главных единиц Интернациональной совокупности единиц (СИ). Он равен массе международного прототипа, хранимого в Интернациональном бюро мер и весов. Прототип во второй половине 90-ых годов XVIII века был сделан в форме цилиндрической гири из платины.
Масса прототипа килограмма была примерно на 0,028 грамма больше массы одного кубического дециметра воды.
Самый главный на сегодня килограмм — легко кусок железа (фото bipm.org).
Во второй половине 80-ых годов девятнадцатого века было принято существующее определение килограмма и в качестве международного прототипа была утверждена гиря со знаком К („К“ готическое заглавное), изготовленная из платиноиридиевого сплава (10% Ir) и имеющая форму цилиндра высотой и диаметром 39 мм».
Оказывается, сработанный британским ювелиром платиноиридиевый килограмм — единственная главная единица СИ, доблестно хранящая собственное определение аж с позапрошлого века. И сама хранящаяся в виде материального артефакта.
Метр, к примеру, сначала соотнесённый с длиной земной окружности, сейчас приравнен к расстоянию, проходимому светом за одну 299792458-ю долю секунды. А фактически секунда — это время, за которое атом цезия совершает 9192631770 колебаний.
Кроме того, что эти единицы выяснены с подобающей квантовой точностью, они ещё смогут быть адекватно воспроизведены в любой точке мира. Клонировать килограмм намного сложнее, вдобавок для этого требуется сложная бюрократическая процедура.
По всей видимости, продолжительное время такое неповторимое положение килограмма всех устраивало, раз не было достаточных побудительных оснований к созданию его скрупулёзной формулы.
Но переменчивый килограмм тянет за собой в дрейфующее Ватт и плавание, и другие смежные единицы измерения.
А в изменчивости килограмма не осталось никаких сомнений, не обращая внимания на все меры безопастности: эталон хранится под тремя герметичными стеклянными колпаками в сейфе защищаемого замка в окрестностях Парижа, а ключи от сейфа имеют только три очень приближенных бюрократа из Интернационального бюро мер и весов (Bureau International des Poids et Mesures — BIPM).
Килограмм и 6 его приспешников сохраняются в неизменно закрытом сейфе(фото bipm.org).
Вместе с главным килограммом в сейфе находятся 6 преемников, а всего за время правления по его подобию и образу было произведено более 80 копий.
Для освидетельствования старого килограмма, происходящего раз в год, он празднично извлекается из собственного хранилища. И любой раз обнаруживается микроскопическое уменьшение веса.
Килограмм чахнет. Об этом светло говорят сравнения с другими жителями сейфа. Природа заболевания таинственна, но все симптомы налицо: за сто лет килограмм теряет около 0,00000003-й части собственной драгоценной массы.
А ведь кроме того похудение всего на 50 микрограмм (меньше веса соляной крупинки) может серьёзно исказить результаты сложных научных вычислений. Не вызывает сомнений необходимость замены неповторимого килограмма на слишком общий килограмм.
Интернациональная команда исследователей из Германии, Австралии, японии и Италии под руководством Германской лаборатории стандартов (German standards laboratory) желает переопределить килограмм как массу определённого числа атомов. В лаборатории сделан совсем круглый килограммовый шар из чистого кристаллического кремния.
В случае если совершенно верно известно, какие конкретно атомы составляют кристалл и на каком расстоянии они находятся друг от друга, то, измерив размер шара, возможно вычислить число атомов кремния, его составляющих. Это число и будет определением килограмма.
Для производства шара нужно было взять изотоп кремния высокой степени очистки. Помощь в этом начинании оказала Российская Федерация — на ветхих, ещё советских ядерных оружейных фабриках имеются центрифуги, употреблявшиеся для выработки высокообогащённого урана.
Быть может, данный кремниевый шар станет новым килограммом. Но лишь в виде числа составляющих его атомов (фото nytimes.com).
Полученный шар потребовалось измерить на «круглость». Кристалл был педантично замерен в полумиллионе точек. Вывод: шар — самое круглое творение рук людских.
В случае если повысить шар до размеров Почвы, высота Эвереста составит всего четыре метра.
Интригующая изюминка шара: совсем нереально на глаз выяснить, покоится он либо вращается. Лишь в случае если на поверхность упадёт пылинка, взору будет за что зацепиться.
Не смотря на то, что число атомов кремния, составляющих неповторимый объект, ещё не подсчитано, методика уже приводит к критике из другого лагеря, сплотившего учёных из америки, Англии, Швейцарии и Франции.
Согласно их точке зрения, с сегодняшними разработками нереально совершенно верно сосчитать число атомов, исходя из этого килограмм легче и надёжнее вычислить, применяя электрическое напряжение. Измерение энергии, мол, несложнее подсчёта атомов. Может и несложнее, но лишь не на словах.
Проект электронный килограмм ведётся в вашингтонском технологии и Национальном институте стандартов (National Institute of Standards and Technology — NIST).
В работе употребляется сложный механизм, именуемый балансом Ватта. В базу методики положена эквивалентность механической и электрической мощности.
направляться создать электромагнитное поле, поместить в него эталонный килограмм, и замерить параметры опыта. Потому, что гравитационное поле неизменно и детерминировано расположением трёхэтажной установки, через эталонный килограмм возможно связать значения механических и электрических размеров.
Действительно, нужно ещё учесть приливно-отливные действия, а другие проявления окружающей среды возможно исключить, поместив установку в глубочайший вакуум.
Кремниевая сфера, созданная в Австралийской Национальной лаборатории измерений (Australia?s National Measurement Laboratory — NML).
Измерив значения длины, времени, сопротивления и электрического тока (а все они смогут быть вычислены на базе фундаментальных и инвариантных квантовых явлений) возможно квантовым же методом оцифровать и главную единицу — килограмм. Подобным образом была уже выяснена масса электрона.
О точности изощрённого и окольного метода вычисления килограмма сказать до тех пор пока рано, учёные поглощены устранением колебаний напряжения в электрических цепях. Но они уверены, что победа будет за ними, а не за конструкторами кремниевых шаров.
По данным New York Times, секция массы BIMP — инстанция, в конечном счёте, определяющая судьбу килограмма — склоняется к последнему подходу, но сделать окончательный выбор до тех пор пока что весьма сложно. Но выбирать желают между этим двумя, не смотря на то, что существуют и другие варианты.
К примеру, как и всё в отечественном мире купли-продажи, пресловутый килограмм может иметь правильное ценовое выражение.
Для его исчисления нужно определить количество атомов в килограмме чистого золота. По сегодняшним прикидкам, в таком числе должно быть порядка 25 цифр, но ничего более определённого сообщить о нём запрещено.
