Кілограм "відв'язали" від матеріального еталона

Учасники 26-ї Генеральної конференції з мір і ваги в Парижі ухвалили історичне рішення про зміну визначень чотирьох з семи основних одиниць Міжнародної системи одиниць (СІ) – кілограма, ампера, кельвіна і моля, повідомляє сайт N+1.

Цим рішенням кілограм було "відв'язано" від матеріального носія-еталона, і тепер визначається через постійну Планку. З цього моменту всі одиниці системи СІ прив'язані до фундаментальних фізичних констант. Трансляція засідання конференції, де одноголосно було ухвалено це рішення, велася на сайті Міжнародного бюро мір і ваги.

Нинішнє рішення завершує реформу, що тривала кілька десятків років. У 1960-х роках вчені відмовилися від фізичного еталону метра, виготовленого 1889 року. Зараз метр визначається за допомогою постійної Планки: це відстань, яку проходить світло у вакуумі за 1/299 792 458 секунди.

Деокупація півдня країни – як українські військові відвойовують території

Заборона на пересування країною для військовозобов'язаних – всі деталі

Ракетні удари по мирних українськиих містах - липень 2022

Ядерний тероризм Росії

2005 року дослідники визначилися у виборі ще трьох констант, щоб змінити визначення інших одиниць. Постійна Планка була обрана як основа для визначення одиниці маси, кілограми, елементарний електричний заряд (заряд електрона) – одиниці сили струму, а постійна Больцмана – термодинамічної температури. Для того, щоб завершити цей перехід, знадобилося ще кілька років, щоб з високою точністю виміряти константи.

До цього дня одиниця маси, кілограм, була прив'язана до рукотворного артефакту – циліндру зі сплаву платини та іридію, який зберігається у французькому місті Севр. Разом з ним було зроблено 40 копій з того ж матеріалу, які розіслали в національні бюро мір і ваги різних країн. Періодично їх звіряли з оригіналом. Вчені прийшли до висновку, що маси копій змінюються щодо головного еталона в діапазоні ± 50 мікрограмів за 100 років.

Наскільки при цьому змінилася маса головного еталона – невідомо, оскільки його немає з чим порівнювати. Для багатьох типів вимірювань таке відхилення може призвести до недостовірних результатів.

Тепер затверджено нове визначення кілограма, засноване на постійній Планці. Установка, за допомогою якої можна реалізувати новий еталон маси, називається ваги Киббла. У таких вагах еталоном виступає вантаж, який врівноважує силу відштовхування між постійним магнітом і котушкою, якою пропускають струм. Таким чином, масу об'єкта можна знайти за рахунок рівності електричної і механічної сил. Константа Планка "ховається" в рівняннях, що описують роботу електричної частини установки, і без її фіксування перевизначити кілограм було неможливо. Примітно, що та ж установка раніше використовувалася саме для уточнення константи Планки, але для цього застосовувався інший режим її роботи.

Завдяки новим визначенням кілограма, кожна країна зможе відтворювати еталонну установку самостійно в будь-який час, не звіряючи з головним еталоном.

Конференція також затвердила нове визначення ампера. Колишнє визначення, затверджене 1948 року, було засновано на вимірі сили, що діє на паралельні провідники зі струмом. Тепер вчені вирішили зафіксувати не тільки чисельне значення постійної Планки для кілограма, а й чисельне значення електричного заряду – для нового визначення ампера.

Одиниця температури – кельвін – донині визначалася як 1 / 273,16 термодинамічної температури потрійної точки води (це строго певні значення температури і тиску, за яких вода може одночасно і рівномірно існувати в твердому, рідкому і газоподібному станах).

Це визначення створювало свої незручності, оскільки у воді завжди є домішки важких ізотопів водню і кисню, і вони можуть значно зрушувати потрійну точку. Тому метрологам довелося створити окремий стандарт – Віденський стандарт усередненої океанської води. Її рецепт виглядає так: 0,00015576 моля дейтерію на моль звичайного водню. Крім того, для того, щоб визначати точні значення в інших діапазонах, вченим доводилося контролювати точки плавлення і кипіння кількох інших речовин. Нове визначення Кельвіна засноване на постійній Больцмана.

Моль до цього часу був прив'язаний до кількості атомів в 0,012 кілограма стабільного вуглецю-12, тобто був пов'язаний з масою. У новій версії системи СІ він буде визначений через зафіксовану постійну Авогадро.

Проект реформи був схвалений сьогодні, але вступить в силу вона у Всесвітній день метрології, 20 травня 2019 року.

Раніше повідомлялося, що вчені придумали новий еталон кілограма з незмінною масою.