Кілограм втрачає вагу - Berliner Morgenpost
Досить легкого крана, щоб зменшити вагу всіх запасів золота чи вугілля на землі. Однак для цього потрібно було б зайти в льох Міжнародного бюро де Поїд і Межур біля Парижа і коротко торкнутися "Le Grand K", який захищений скляними кришками - оригінальний кілограм, який був там більше 120 років і на якому Вага всіх об'єктів, виміряних у всьому світі.
Збільшення ваги зробило б циліндр висотою 3,9 сантиметра завдяки жировій плівці на пальці, оскільки за останні 100 років він втратив близько 50 мікрограмів. Це не прийнятно для метрологів, які проводять дослідження.
Тому експерти з усього світу обговорюватимуть, як визначатимуть кілограм у майбутньому, на 24-й Генеральній конференції з ваг та мір у Парижі наступного тижня. Шість інших основних одиниць, включаючи силу струму, метр та кількість речовини, зрештою можна простежити до незмінних природних констант або властивостей атомів. Другий, наприклад, визначається певними властивостями атома цезію 133. Це означає, що визначення значень може бути відтворено у всьому світі в будь-якій лабораторії з відповідним технічним обладнанням.
Техніки повинні лише використовувати реальний об’єкт для калібрування ваг. За визначенням, предмет важить один кілограм, якщо він настільки ж важкий, як початковий кілограм. Метрологічні інститути, такі як Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) у Брауншвейзі, повинні їхати до Парижа спеціально для вимірювання своїх національних прототипів. І виявилося, що об'єкти порівняння, що зберігаються у всьому світі, зараз важчі, ніж Le Grand K. Навряд чи кількість прототипів зросла. Тож початковий кілограм, мабуть, зменшився - хоча б лише на масу пилинки.
Техніки не мають права досліджувати оригінальну модель, яка складається з 90 відсотків платини та 10 відсотків іридію. Отже, вони можуть лише здогадуватися про причини втрати ваги. Можливо, водень, що потрапив у циліндр, випарувався. Або деякі атоми були втрачені під час очищення спиртом та подальшої парової лазні.
Наступного тижня експерти обговорюватимуть два методи перевизначення кілограма: баланс Ватта та експеримент Авогадро. За допомогою методу балансу Ватта дослідники хочуть встановити масу, використовуючи співвідношення між електричними та механічними величинами. Для цього дослідники, залучені до проекту, встановили великий дисплей у високій кімнаті в лабораторії в штаті Меріленд, США. Циліндр із платини та іридію лежить на поверхні знизу, як яблуко на фруктовій лусці в супермаркеті. Гравітація штовхає цю копію Grand K вниз. Але ця сила збалансована електромагнітом, який запобігає падінню металевого циліндра. Тут змагається між гравітаційною силою, яка тягне початковий кілограм вниз, і електричною силою, яка генерується в мідній котушці магніту. Кілограм був би напругою, необхідною для утримання Le Grand K у підвішеному стані.
Однак для цього вчені повинні дуже точно виміряти прикладену напругу та розрахувати зовнішні впливи на силу тяжіння. Досить, якщо автомобіль стоїть біля лабораторії або вода із спринклера на сусідній території просочується в надра, щоб сфальсифікувати результати вимірювань.
Метод Авогадро, який був досліджений в PTB в Брауншвейзі, серед інших, здається простішим. Зрештою, кілограм можна було визначити за кількістю атомів певного матеріалу. Для цього техніки повинні вміти рахувати крихітні атоми. Тому ви використовуєте чистий кремній 28, атомна структура якого дуже однорідна. Вчені з Брауншвейгу використали це для вирощування кристала, з якого вони розпиляли два предмети і привезли їх до експерта в Австралії. З нього він зробив кульки, які більше підходять для подальшої процедури, ніж, наприклад, куб. Його краї обриваються при кожному контакті, і багато мільярдів атомів втрачається.
Ідеальний м’яч
Технік шліфував, шліфував та фрезерував цю кульку в найбільш гладкий предмет - колись вручну, оскільки машини мають надто мало почуттів до цієї роботи. За жодних обставин маса не повинна опускатися нижче одного кілограма, і в цьому випадку дослідникам доведеться створювати нову грудку чистого кремнію в копіткому процесі. За тиждень можна було видалити лише кілька нанометрів. Результат - майже ідеальна сфера: якби вона була великою, як земля, найвищі висоти полірованої сфери, спричинені домішками, стирчали б лише на кілька метрів. Він повинен бути достатньо гладким, щоб можна було точно визначити кількість атомів і, отже, кілограм.
З цією сферою метрологи мали б чітко визначений кілограм, але їм доведеться покластися на оригінальну модель. З іншого боку, метод балансу Ватта можна повторити в будь-який час і в будь-якому місці, але теоретично не є надійним і надзвичайно складним для налаштування експерименту. Вчені, які беруть участь у генеральній конференції, не шукають розбірок; може бути досягнутий компроміс - якась середня цінність результатів обох експериментів. Поки робота не буде завершена, численним вченим ще доведеться багато чого дослідити. Але навіщо всі зусилля? У супермаркеті неважливо, важать ці два фунти бананів на 50 мікрограмів більше або менше.
З одного боку, метрологи хочуть знайти фізично та математично елегантне рішення. Окрім того, досі неможливо передбачити, які саме програми можна б отримати з точним визначенням кілограма. Це було також у випадку з переглядом другого в кінці 1960-х. Тоді ви ніколи не підозрювали, що для супутникової навігації за допомогою GPS стане важливою точність декількох мільярдних секунд. Якщо вимірювання є неточним хоча б на частку секунди, навігаційний пристрій не відправляє необережного водія на сусідню вулицю праворуч, а врізає його у стіну будівлі за 300 метрів перед нею.