Оригінальний кілограм втрачає вагу
Наскільки насправді важкий кілограм? Питання здається поганим жартом. Але це виправдано - не в останню чергу тому, що початковий кілограм втрачає масу. "Це чарівно", - каже один фахівець.
Джентльмени з Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) у Брауншвейзі не поспішали. Ви, мабуть, підозрюєте, що непрофесіонал повинен жувати цю тему. Йдеться про кілограм, один із семи так званих базових одиниць поряд із другим, метр, ампер, кельвін, моль (кількість речовини) та кандела (інтенсивність світла), які роблять світ вимірним.
Система в основному проста, кожна дитина швидко вчиться: метр довжиною 100 сантиметрів, а хвилина - 60 секунд. Точно вказано, наскільки важкий, наприклад, кілограм. Незважаючи на це, спеціалізовані фізики шукають нові визначення для деяких з цих одиниць. Тому що це не настільки стабільно, як здається система.
Всесвітня система ваги
Але один після другого. Питання про масу кілограма на перший погляд видається зайвим. Один кілограм борошна - це один кілограм борошна. Точка. На жаль, це трохи складніше. Адже кілограм - це довільно обрана кількість. Світ не зійшов би з місця, якби було трохи легше чи складніше. Насправді в Парижі знаходиться суворо забезпечений так званий оригінальний кілограм, шматок металу розміром у кілька сантиметрів. Усі шкали відкалібровані за цим унікальним зразком опосередковано.
Оригінальний кілограм був встановлений в 1889 році на 1-й Генеральній конференції з ваг і мір у Парижі. Ідея універсальних одиниць виміру не була новою. "Вам потрібна порівняльна одиниця", - говорить історик фізики Дітер Гофман з Інституту історії Макса Планка в Берліні .
Досить сміливо базувати систему ваг, яка застосовується майже в усьому світі на одному шматку металу. "Уявіть, якщо воно зламається", - каже фізик Арнольд Ніколаус з PTB. На додаток до цього ризику, існує ще одна проблема з початковим кілограмом: він має тенденцію ставати легшим і легшим.
50 мільйонних частин грама за сто років
Те, що це трапляється, очевидно, є просто невдачею. Наприкінці XIX століття було вироблено кілька оригінальних кілограмів, і один з них підняли як еталон, як пояснює речник PTB Єнс Саймон. Деякі вихідні попередники кілограма стабільні. Але обраний шматок металу втрачає масу з незрозумілих досі причин - 50 мільйонних частин грама за сто років. - Це чарівно.
І що? Що робити, якщо в паризькому сховищі міняється шматок металу? Оскільки всі ваги залежать від цього початкового кілограма, вони поступово стають важчими. Всі ваги більше не відображатимуть вагу належним чином протягом багатьох років. Їх потрібно було б регулярно відкалібрувати до спожитого початкового кілограма.
Не пізніше 2018 року паризький оригінальний кілограм повинен закінчитися як стандарт. Потім, на 26-й Генеральній конференції з ваг та мір, має бути прийняте нове загальноприйняте визначення кілограма. Одне вже ясно: у майбутньому одиниця ваги більше не буде прикріплена до одного предмета.
Кілограми встановлюються універсально
Але як це може працювати? Фізик Ніколаус бере значну участь у підготовчих експериментах для переосмислення. У точно загартованому приміщенні, в центрі якого розміщені відбивні кремнієві сфери, що нагадують гру в булі, проводиться складний експеримент. Найцінніший коштує близько мільйона євро.
Вчені PTB можуть виготовляти та вимірювати такі сфери з великою точністю. Таким чином вони можуть підрахувати, з скільки атомів кремнію складається така сфера. З цього ви можете зробити висновок, наскільки важкий окремий атом. Ця маса знаходиться в певний момент часу - вона постійно змінюється через коливання початкового кілограма - раз і назавжди. І навпаки, відомо, скільки атомів кремнію потрібно, щоб отримати один кілограм. Простіше кажучи, це означає, що кілограм є загальновизнаним.
Точні результати
У найближчі місяці в Брауншвейгу мають бути виміряні дві особливо чисті кремнієві сфери. Дослідники сподіваються, що це дасть ще більш точні результати. Кожна добре обладнана лабораторія, що володіє необхідними знаннями, може теоретично виробити загальний кілограм у майбутньому. З новим визначенням кілограма залежність від споживаної паризької моделі зникає, як пояснює речник PTB Єнс Саймон. Говорять про зміну парадигми.
Проблеми зі стабільністю, подібні до кілограмових, існують і з іншими базовими одиницями. Як і експерти PTB, дослідники працюють над вирішенням цього питання. За допомогою лічильника результат був досягнутий десятиліття тому: оригінальний лічильник, свого роду металевий стрижень, був замінений визначенням, що базується на швидкості світла.