Кілограм втратив - Berliner Morgenpost
Оригінальний кілограм у Парижі є еталоном для метрологів з усього світу. Але зараз він важить на 50 мікрограмів менше, ніж 118 років тому. Зараз дослідники шукають шляхи повторного вимірювання ваг
Досить легкого крана, щоб зменшити вагу всіх запасів золота чи вугілля на землі. Для цього, однак, потрібно було б зайти у підвал Міжнародного бюро де Поїд і Межур поблизу Парижа і коротко торкнутися скляної кришки "Le Grand K" - оригінального кілограма, що існує там вже понад 120 років. Він все ще використовується для вимірювання ваги всіх предметів у всьому світі. Збільшення ваги зробило б циліндр висотою 3,9 сантиметра через жирову плівку на пальці, оскільки за останні 100 років він втратив близько 50 мікрограмів.
50 мікрограмів - це крихітний розмір, який навряд чи хтось може собі уявити. Потрібно мільйон мікрограмів, щоб дістатись до одного грама (приблизно вага половини ясеня). Однак навіть така крихітна втрата ваги є неприйнятною для слідчих вимірювань, метрологів. Ось чому експерти з усього світу зараз обговорюють, як визначатимуть кілограм у майбутньому, на 24-й Генеральній конференції з ваг та мір у Парижі.
Хто все одно говорить, що таке кілограм?
Для калібрування ваг техніки повинні використовувати реальний об'єкт. Предмет важить лише один кілограм, якщо він настільки ж важкий, як початковий кілограм. Тому такі метрологічні інститути, як Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) у Брауншвейзі, змушені їхати до Парижу 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.
Два методи переосмислення
Зараз експерти обговорюють два методи повторного визначення кілограма: баланс Ватта та експеримент Авогадро. За методом балансу Ватта дослідники працюють з гравітацією, яка тягне початковий кілограм вниз, та електричною силою, необхідною для утримання Le Grand K у підвішеному стані. Цей метод мав би ту перевагу, що його можна було використовувати в будь-якій точці світу і більше не доведеться їздити до Парижа для порівняння оригінальних кілограмів. Однак він дуже крихкий і тому небезпечний. Досить, якщо автомобіль стоїть біля лабораторії або якщо вода з дощовика на сусідній території просочується в надра, щоб сфальсифікувати результати вимірювань.
Процес Авогадро, який досліджували, серед іншого, у Брауншвейгу, здається простішим. Кілограм можна було визначити за кількістю атомів певного матеріалу. Атоми - це найдрібніші частинки в матеріалі. 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. Результат - майже ідеальна сфера. З цією сферою метрологи мали б чітко визначений кілограм, але їм доведеться покластися на оригінальну модель і продовжувати їздити туди, якщо вони хочуть перевірити свої прототипи.
Перш ніж вирішити, який метод використовувати, чи існує інший, вченим доведеться провести набагато більше досліджень.
Чому зусилля?
Але навіщо всі зусилля? У супермаркеті неважливо, важать ці два фунти бананів на 50 мікрограмів більше або менше. Інші стандарти застосовуються в науці.
З одного боку, метрологи хочуть знайти фізично та математично елегантне рішення. Крім того, досі неможливо передбачити, які додатки будуть можливі в майбутньому з точним визначенням кілограма.
Це було також у випадку з переглядом другого в кінці 1960-х. Тоді ніхто не підозрював, що точність кількох мільярдних часток секунди стане важливою для супутникової навігації за допомогою GPS. Тому що якщо вимірювання буде неточним хоча б на частку секунди, навігаційний пристрій не відправить необережного водія на сусідню вулицю праворуч, а вріже його в стіну будівлі за 300 метрів перед нею.