Ученые собираются установить новые стандарты для килограмма, ампера, моля и кельвина.
Сколько весит килограмм? Ну, краткий ответ таков:
Действительно, это примерно так. На данный момент. На фотографии выше показан цилиндр из платины и платино-иридиевого сплава, хранящийся в Международном бюро мер и весов (BIPM) за пределами Парижа. Он был образован в 1875 году на Метрической конвенции как воплощение официальной массы килограмма. В течение 10-15 лет было выпущено и распространено среди стран, подписавших Метрическую конвенцию, около 40 экземпляров.
Но есть проблема. Килограммы были спроектированы как цилиндры специально для уменьшения площади их поверхности - и они хранятся в среде с фильтрованным воздухом при постоянной температуре и давлении - но, тем не менее, они с самого начала подвергались воздействию загрязняющих веществ, таких как частицы пыли. А еще есть частицы углерода и ртути, обнаруженные Питером Кампсоном, метеорологом из Ньюкаслского университета, при тестировании материалов, подобных гирям. Углерод из автомобильных выхлопов в воздухе и ртуть из неисправного лабораторного оборудования, такого как термометры и барометры. По оценкам Кампсона, килограммовые гири собирают десятки миллиграммов загрязняющих веществ каждое десятилетие.
Итак, их нужно периодически чистить, как правило, экспертом, используя спирт, нанесенный на замшу. Команда Кампсона обнаружила, что обработка озоном и ультрафиолетом одинаково эффективна для удаления углерода, но избавиться от ртути по-прежнему сложно.
Так вот в чем дело. Поскольку в каждой стране свой график уборки, и нет двух экспертов, которые делают это одинаково, килограммовые предметы по всему миру больше не имеют одинакового веса. Что возвращает нас к нашему вопросу. Сколько весит килограмм?
Есть и другие стандартные измерения, страдающие подобной неточностью:
- Для измерения электрического тока есть ампер - измерение силы между двумя воображаемыми бесконечными проводами.
- Для измерения массы химических веществ используется моль - атомный вес молекулы химического вещества в граммах.
- Для измерения температуры используется шкала кельвинов - шкала от 0 до 100, соответствующая градусам Цельсия, но без отрицательных значений, начиная со значения 0 кельвинов при -273,15 C, где температура воды, льда и пара равновесие и их атомы перестают двигаться.
Используя в качестве примера проблему с килограммами, вы можете подумать, что изменение чего-то такого небольшого, как десятки миллиграммов, не имеет значения. Но по мере того, как наука становится одновременно более точной и обширной, небольшие ошибки увеличиваются на обоих концах шкалы, что приводит к критическим неточностям в описаниях крошечных объектов и огромным ошибкам при измерении объектов в космических масштабах.
Итак, в октябре 2017 года в Париже BIPM рассмотрел планы по пересмотру способа расчета стандартных значений килограмма, ампера, моля и кельвина. Команды работали в течение некоторого времени, чтобы определить прочную основу, на которой могут стоять новые измерения.
Генеральная конференция по мерам и весам в ноябре 2018 года рассмотрит свои рекомендации, и новые стандарты вступят в силу в мае 2019 года.
Новый метод установления стандартов использует методы, которые стали возможными только благодаря нынешнему пониманию учеными того, как работают вещи. Вот как ученые планируют получить значение каждого стандарта. (Все рисунки взяты из Nature.)
Килограмм
Ампер
Крот
Кельвин
Особый интерес для людей, не являющихся учеными, несомненно, представляет килограмм, так как это единица измерения, с которой люди постоянно сталкиваются в своей повседневной жизни. Если они не американцы. (Кхм.)