Екатерина Авдеева

Ученые пересмотрят эталон килограмма

В течение 129 лет килограмм определялся куском металла во французском хранилище – но это вот-вот изменится.

Ученые пересмотрят эталон килограмма
Международный прототип килограмма ​​© BIPM

16 ноября во Франции начнется Генеральная конференция по весам и мерам. Признайтесь, звучит не как самое захватывающее событие. Если бы не одно "но" на повестке дня. Ожидается, что на конференции ученые проголосуют за изменение определения килограмма, прикрепляя его к одному из неизменных явлений Вселенной — постоянной Планка (фамилия).

Это звучит немного запутанно (а может даже и не немного), так что давайте сделаем несколько шагов назад.

Наиболее широко используемая форма измерения в мире основана на метрической системе и официально известна как Международная система единиц (СИ). Ее составляют 7 базовых единиц — секунда, ампер, моль, кельвин, кандела, метр и, собственно, килограмм.

Некоторые из этих измерений когда-то определялись физическими явлениями, например секунда, которая базировалась на вращении Земли. Теперь секунда определяется периодами излучения в атоме цезия-133.

В этом списке, килограмм — последняя базовая единица, связанная с физическим объектом.

Этот физический объект представляет собой цилиндрический кусок металла, постоянно размещенный под землей в Международном бюро мер и весов в Севре, Франция. Платино-иридиевый сплав, также известный как Международный прототип килограмма и неофициально как Le Grand K, похож на кольцо во «Властелине колец» — единственный вес, управляющий всем. Каждый вес калибруется от Le Grand K, стандартизируя измерение килограмма по всему миру.

Одна из платиново-иридиевых копий эталона килограмма
Одна из платиново-иридиевых копий эталона килограмма

Но Le Grand K, выкованный в 1889 году, за последние 20 лет потерял 50 микрограммов. Этот килограмм стал «999.99995 грамм». Кроме того, хотя он потерял крошечную долю своей массы, килограмм по-прежнему определяется эталоном Le Grand K, меняющимся со временем, — и ученым это не нравится. Они хотят, чтобы он был постоянным, константой.

Килограмм может определяться неизменным универсальным явлением, известным как постоянная Планка, а не куском металла в подземном хранилище. Но как это работает?

Новое определение килограмма, если за него проголосуют, по общему признанию звучит ужасающе, потому что оно заставляет людей чувствовать, что они ничего не понимают о Вселенной. А если говорить яснее, то в нем простому обывателю ничего не понятно. Вот как оно звучит в Резолюции бюро:

Килограмм останется единицей массы, но его величина будет установлена путём фиксации численного значения постоянной Планка в точности равным 6,626 06X·10−34, когда она выражается единицей СИ м²·кг·с−1, которая равна Дж·с.

😐

Постоянная Планка является константой в квантовой механике, которая позволяет массе быть связанной с электромагнитной энергией. Это одна из наименьших мер физического мира, и найти ее (т.е. измерить) было большой проблемой. Поиски длилось десятилетиями, в результате чего был создан прибор под названием баланс Киббла — весы, уравновешивающиеся при помощи электромагнитных полей.

Баланс Киббла — это машина, позволяющая переопределить килограмм
Баланс Киббла — это машина, позволяющая переопределить килограмм
Мы находимся в знаменательном моменте нашего научного путешествия, — сказал доктор Барри Инглис, генеральный директор Австралийского национального института мер. — После многолетних исследований теперь можно обосновать серьезный пересмотр СИ. Это решение, если оно будет принято, станет значительным научным достижением.

Самое главное для килограмма — это то, что постоянная Планка является константой. В отличие от Le Grand K она не будет терять вес со временем. Это означает, что килограмм можно навсегда привязать к ней — и как бы далеко мы ни бродили по всему космосу, постоянная Планка, как ожидается, останется прежней. Также, как и килограмм.

Если вам все еще многое не понятно, то просто не заморачивайтесь и прочитайте следующее: после десятилетий напряженной работы и множества гипотез, ученые — гениальные мужчины и женщины — нашли путь определения килограмма, основанный на универсальной истине.

А значит с завтрашнего дня, килограмм всегда будет весить килограмм!

На конференции также будут рассмотрены вопросы изменения определений ампера, моля и кельвина. Если вам интересно, то можете наблюдать событие, меняющее мир, в прямой трансляции на YouTube.

Источник: CNET, Vox, Smithsonian