Мир теряет эталон килограмма – и срочно нуждается в переопределении этой величины. Метрологи называют происходящее самым значительным в своей науке событием со времен Французской революции, когда появилась стандартная метрическая система.
Пока что используется этот эталон килограмма – изготовленный в конце XIX в. цилиндр из платино-иридиевого сплава
Новый претендент на звание эталона: шероховатости на этой кремниевой сфере составляют не более 0,3 нм - если увеличить ее до размеров Земли, неровности не превысят 12-15 мм высоты. Осталось подсчитать число атомов в ней
Как известно, основой системы СИ являются единицы килограмм, метр и секунда. В этой тройке килограмм – самый большой ретроград; если секунду и метр в ХХ в. переопределили на основе оторванных от реальных предметов величин, то эталоном массы и в век космоса, Интернета и генной инженерии по-прежнему является цилиндрический кусок металла (платиново-иридиевый сплав), хранящийся под Парижем в Международном бюро мер и весов – так же, как обстояло дело в конце XVIII века.
Если с драгоценным цилиндром что-нибудь случится, то нам придется заново калибровать все весы мира? А ведь, строго говоря, подобное и происходит: по разным причинам каждое столетие цилиндр теряет около 3*10-8 своей массы. А раз по определению, именно его масса равна килограмму, наш килограмм действительно постоянно слегка «усыхает». Немудрено, что специалисты в области метрологии бьют тревогу.
На прошедшей в конце января в Лондоне конференции с Ричард Дэвис (Richard Davis), бывший ранее одним из руководителей Бюро мер и весов. По его словам, пересмотр определения килограмма требуется столь срочно, что требуется как можно скорее приступать к делу. А для этого провести несколько максимально точных экспериментов, усреднить их результаты (если они не совсем совпадут) – и пользоваться получившимся новым стандартом. Это, конечно, не совсем согласуется с принятыми в метрологии методами, но иначе процесс может растянуться еще на долгие годы: «В некотором смысле слова килограмм держит нас в заложниках», - резюмировал Дэвис.
На самом деле, задачу пытаются решить уже более трех десятков лет, и, по мнению сторонников Дэвиса, вполне разумным будет отбросить точность, которая не имеет значения ни для какого практического применения. Впрочем, предложенным планом остались довольны не все. «Взять и просто вычислить среднее легко с точки зрения математики, но не с точки зрения науки», - говорит британский физик Майкл Хэрт (Michael Hart). Он и его сторонники продолжают держаться мнения, что переопределять килограмм следует через одну из фундаментальных физических констант, что привяжет эту величину к базовым свойствам Вселенной. Так же, как это проделано для метра и секунды.
Для этой цели было предложено поставить два альтернативных высокоточных эксперимента. Первый подразумевает использование ватт-весов, оценивающих массу через электромагнитые силы, связывая друг с другом единицы электрической и механической мощности. А от электрических эффектов уже легко перейти к некоторым фундаментальным константам – в т.ч. и к постоянной Планка. Альтернативный путь состоит в определении килограмма, как массы определенного числа атомов кремния-28, и затем выразить получившееся количество в постоянной Авогадро. Для этого ученые уже изготовили пару идеальных кремниевых сфер и проводят опыты по точному подсчету атомов в них – мы писали об этих удивительных шарах в заметке «Шедевры килограмма».
Пока что результаты проведенных обоими способами экспериментов расходятся на 175 миллиардных долей, что для современного уровня метрологии неприемлемо: измерения того же цилиндрического эталона позволяют достигать 30 миллиардных. А между тем проблема не исчезает – почему Дэвис и предлагает попросту усреднить полученные двумя путями цифры, затем выразить это значение через удобную фундаментальную постоянную и использовать в качестве нового определения килограмма.
«Неточность – одна из основ метрологии, - высказал Дэвис парадоксальную мысль, - В большинстве случаев мы пользуемся округленными, усредненными значениями. А для килограмма расхождения столь несущественны, что не скажутся на решении даже самых высокоточных задач». Разумеется, далеко не все согласны с таким мягким отношением к делу. В конце концов, никто не может предсказать, как и как быстро будут развиваться технологии, и когда нам придется встретиться с той же проблемой снова.
Некоторые специалисты, впрочем, уверены, что идти на предложенный Дэвисом компромисс вообще не придется. Химик Ян Миллс (Ian Mills) считает, что к 2015 г., когда пройдет большая международная конференция по вопросам мер и весов, измерения будут проведены с должной точностью, и конфликт снимется сам собой.
Альтернатива: ватт-весы для определения килограмма исходя из электрических взаимодействий и, в конце концов, постоянной Планка
|
|