Вимірювання світу природознавчих нарисів на Австрійському форумі

Міжнародна система одиниць переробляється. Кілограми, Кельвін і Ко повинні бути точнішими.

Взято з ласкавого дозволу Wiener Zeitung, 16 листопада 2018 р

нарисів

Кому вдається підтримувати свою вагу постійною протягом місяців чи навіть років? Це навіть неможливо для оригінального кілограма - того маленького платинового балона у сейфі в передмісті Парижа Севр, який протягом 129 років відігравав дуже впливову роль у світі одиниць виміру.

Однак дуже скоро ви зможете зменшити його вартість до чистої ринкової вартості металу. На загальній конференції з мір та ваг представники 60 країн хочуть сьогодні, у п’ятницю, проголосувати за нову систему одиниць. Зміни торкнуться не лише кілограма, але і амперажних амперів, кількості молей речовини та температури Кельвіна. Однак такого перегляду не буде помітно на вагах ковбаси в супермаркеті або на вагах тіла у власній ванній. Навіть коли ми заряджаємо свій мобільний телефон.

Фізичні одиниці, необхідні для повсякденного життя, слід розміщувати на максимально стійкій основі - на природних константах. Підручники доводиться переписувати. І на запитання студентів у майбутньому, мабуть, буде не так легко відповісти. "Що таке кілограм?" Ur-Kilo та Paris точно не доступні як джерела вхідних даних.

З іншого боку, обговорюватимуться швидкість світла, а також заряд електрона і так званий квант Планка - величина зі світу квантової фізики, яка описує найменшу одиницю енергії. Майже іспанське село подалі від світу виродків-фізиків. Однак там це, мабуть, змусить серця битися швидше, тому що нарешті забезпечена стабільність. Кілограм (кг) - маса, метр (м) - довжина, секунда (і) - час, ампер (А) - інтенсивність струму, Кельвін (К) - температура, моль (моль) - кількість речовини, канделя (кд) - інтенсивність світла.

Природні константи як гаранти #

Але як можна було змінити вагу початкового кілограма? Хоча карантин знаходиться під кількома скляними витяжками в Міжнародному бюро мір і ваг (BIPM - Bureau International des Poids et Mesures) у Севрі, метал час від часу потрібно чистити. Незважаючи на прискіпливе поводження, тонкі шари вуглеводнів будуть осідати на поверхні, пояснюють експерти. Газові включення в металі, які поступово виходять, можуть, у свою чергу, спричинити втрату ваги.

Паризький оригінал поділяє цю долю з багатьма іншими копіями. Близько 100 країн мають власні національні кілограми, включаючи Австрію. Це зберігається у Федеральному відомстві з метрології та зйомок у Відні, національному метрологічному інституті. Там теж за ці роки спостерігаються значні зміни.

Все почалося в 1875 році з міжнародної конвенції про лічильники. 20 травня 17 держав підписали договір - "заснований на прагненні забезпечити міжнародну єдність та вдосконаленні метричної системи". За контрактом на лічильник було вирішено прийняти оригінальний лічильник та оригінальний кілограм як одиницю виміру. Міжнародна система одиниць IS (Système International d’Unités) була введена в 1960 році. З 2000 року підписання контракту відзначається щорічно 20 травня, в день вимірювання.

Кожні чотири роки метрологічний світ об'єднується для глобального возз'єднання сімей, щоб встановити огороджувальні майданчики на найближчі роки на загальній конференції з питань ваг та мір. Усі зміни в системі одиниць повинні бути не лише науково обґрунтованими, але й мати змогу досягти консенсусу в плані наукової політики. Оскільки одиниці, в яких ми хочемо вимірювати, є не просто елементами невеликої наукової групи, а, скоріше, є важливим інструментом кожної дії та бізнесу, згідно з Physikalisch-Technische Bundesanstalt у Брауншвейзі. Передумови та вимоги до нового СІ вже були сформульовані на кількох генеральних конференціях у минулому.

Для того, щоб перевизначити кілограм на основі природних констант, було використано два основні експерименти: кремнієва сфера (експеримент Авогадро) та ватний баланс. Надалі певна кількість атомів кремнію могла визначити кілограм. Для цього використовуються кульки, виготовлені з високочистого кремнію, масу і об’єм яких потрібно визначити якомога точніше. Атоми сидять у кристалічній решітці на однаковій відстані один від одного. Це потрібно виміряти, щоб з’ясувати, скільки атомів становить один кілограм.

Баланс ват дозволяє співвідносити кілограм з природною постійною, а саме константою Планка h, за допомогою електричних одиниць. Ця константа була сформульована німецьким фізиком Максом Планком близько 1900 року, становить основу квантової фізики і є одним з найважливіших природних законів у Всесвіті. За цим можна визначити, скільки електричної сили потрібно для зважування певної маси.

"Неможливо сказати, яка з систем на сьогодні надала більш точні виміряні значення", - підкреслив у четвер Єнс Саймон з PTB у Брауншвейгу. Торік було опубліковано в цілому чотири вимірювані значення з балансів Вт та чотири вимірювані значення з різних сфер кремнію. "Метою було, щоб ми вимірювали до восьмої позиції після десяткової коми. Ми досягли успіху". Правила передбачали, що константа Планка h, яка визначатиме кілограм у майбутньому, повинна бути визначена двома незалежними експериментами.

Який метод замінить початковий кілограм, буде вирішено на конференції. Саймон, однак, припускає, що і баланс ват, і метод Авогадро з кремнієвими сферами спільно замінять початковий кілограм. Тоді штати могли вибрати, який метод використовувати для визначення ваги в майбутньому.

У будь-якому випадку, у повсякденному житті зміни залишаться непоміченими. Згідно з переглядом, ваги в супермаркеті зважуватимуть кожен аркуш ковбаси так само, як і раніше. Ні малий аналіз крові в медичній лабораторії, ні велика координатна вимірювальна машина в промисловості не дадуть нових значень, заспокоює PTB. Рахунок за електроенергію не зміниться, хоча б через це. На жаль, кожен кілограм на вагах у ванній кімнаті залишається незмінним.

За весь час #

Перебудова системи одиниць ІС, яка нарешті повинна набути чинності 20 травня 2019 року, Всесвітній день метрології, означає припинення залежності від артефактів, наголошує директор BIPM Мартін Мілтон у коментарі. Він говорить про історичну віху, яку зараз здатний здійснити метрологічний світ. Вчені з усього світу, мабуть, знатимуть, як відсвяткувати цю фундаментальну зміну у світі фізики.