Эталон килограмма уходит на пенсию

Этaлoн килoгрaммa уxoдит нa пeнсию
В эту пятницу нa прoxoдящeй в Сeврe пoд Пaрижeм 26-й Гeнeрaльнoй кoнфeрeнции пo мeрaм и вeсaм былo принятo oкoнчaтeльнoe рeшeниe измeнить oпрeдeлeния чeтырex бaзoвыx eдиниц измeрeния: килoгрaммa, aмпeрa, кeльвинa и мoля, чтoбы иx рaзмeр oпрeдeлялся нa oснoвe фундaмeнтaльныx физичeскиx кoнстaнт. Измeнeния oфициaльнo вoйдут в силу 20 мaя 2019 гoдa, вo Всeмирный дeнь мeтрoлoгии. Подготовка реформы, завершающейся у нас на глазах, началась в 2011 году, когда 24-я Генеральная конференция по мерам и весам постановила, что основные единицы СИ должны быть определены не на основе эталонов, изготовленных людьми, а на основе фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов. Три основных единицы: секунда, метр и кандела – уже перенесли такую трансформацию. Секунда когда-то определялась как часть более крупных отрезков времени, а они соответствовали параметрам вращения Земли. Так, с 1940-х годов секунда определялась как 1/86400 средних солнечных суток, а в 1960 году, при утверждении Международной системы единиц, секунду определили как «1/31 556 925,9747 долю тропического года…». Но уже в начале 1960-х появились атомные часы, в которых для измерения времени использовались периоды колебаний в процессах на уровне отдельных атомов. И в 1967 году Международное бюро мер и весов определило секунду как время, «равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133». Спустя тридцать лет в это определение внесли уточнение, что атом цезия находится при температуре в ноль кельвинов и не должен быть возмущен внешними полями. Метр изначально хотели определить как длину маятника, у которого полупериод колебаний на широте 45° равнялся бы одной секунде. Но в 1791 году комиссия Французской академии наук решила, что метр должен равняться одной сорокамиллионной части парижского меридиана. В 1795 году это определение было принято Национальным конвентом Франции. Отрезок дуги парижского меридиана от Дюнкерка до Барселоны был тщательно измерен французскими геодезистами, и на основе их измерений вычислена длина «метра подлинного и окончательного» (metre vrai et définitif). В тот же год для практических целей из латуни был изготовлен первый материальный эталон метра, а в 1799 году новый эталон был выполнен уже из платины. Последний из металлических эталонов метра появился в 1889 году и состоял из сплава платины и иридия. Он до сих пор хранится в Международном бюро мер и весов. Необходимость в эталоне метра, определяемом на основе более фундаментальных вещей, чем геодезические измерения и металлические изделия, назрела довольно скоро, но была впервые реализована лишь в 1960 году. Тогда метр определили как «1   650   763,73 длин волн оранжевой линии (6056 Å) спектра, излучаемого изотопом криптона 86Kr в вакууме». Наконец, с 1983 года метром стали называть длину пути, «проходимого светом в вакууме за 1/299   792   458 секунды». Позже в роли эталона стали выступать лампы накаливания. В 1948 году был принят другой эталон. Им служила трубка из оксида тория, окруженная платиной, находящейся при температуре 2046,6 кельвина. За 1 канделу в данном случае принималась сила света, излучаемого в направлении нормали с 1/60 см2 излучающей поверхности эталона. В 1979 году канделу определили как «сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 ватт на стерадиан». Таким образом, кандела оказалась тоже привязанной не к материальному эталону, а к неизменной постоянной величине – силе света при заданной частоте. Реформы, принятые сегодня, означают отказ Международной системы от последнего материального эталона основной единицы – килограмма. Первое определение килограмма было принято в 1795 году в республиканской Франции. Килограммом считался вес 1 дм³ воды при 4 °C, когда плотность воды максимальна. В 1799 году был изготовлен платиновый эталон килограмма. Скоро эталон килограмма, хранящийся в Севре в виде цилиндра из сплава платины и иридия, будет иметь только музейное значение (правда, Международное бюро мер и весов намерено продолжить его использование в качестве вспомогательного стандарта). Отныне килограмм привязан к постоянной Планка, значение которой принято как точно равное 6,62607015×10-34 джоуля в секунду. Поскольку джоуль определяется как килограмм, умноженный на метр квадратный, постоянная Планка связывается с килограммом. Получается, что, если раньше ученые ставили эксперименты по уточнению значения постоянной Планка, то теперь те же самые эксперименты будут уточнять размер килограмма, так как значение постоянной Планка они зафиксировали. Ампер с конца 1940-х годов определялся как «сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10−7 ньютона». Теперь его определение привязано к фундаментальной постоянной – заряду электрона, величина которого отныне считается равной 1,602 17X·10−19 кулона. Кулон же по определению равен амперу, умноженному на секунду. Единица температуры – кельвин – изначально определялась с помощью тройной точки воды. Такой точкой называют соотношение определенной температуры и давления, при котором вода может равновесно находится в трех фазах: жидкой, твердой и газообразной. Давление для тройной точки равно 611,657 паскаля, а ее температуру принято было считать равной 273,16 кельвина. В 2005 году в определение внесли дополнение, уточняющее изотопный состав водорода и кислорода в воде. Для новой интерпретации кельвина используется еще одна фундаментальная константа – постоянная Больцмана, определяющая связь между температурой и энергией. Например, у идеального газа из одноатомных молекул при температуре T энергия будет равна 3/2kT, где k – постоянная Больцмана. Измеряется постоянная Больцмана в джоулях, деленных на кельвин, и отныне ее значение будет принято равным 1,380649 × 10-23 Дж/K. Наконец, последняя из основных единиц СИ – моль, использующийся для измерения количества вещества, считался равным количеству атомов в 0,012 килограмма изотопа углерода 12C. Число элементов в моле вещества называется постоянной Авогадро. Теперь эту константу тоже зафиксировали, признав равной 6,02214076×1023 , а моль определяют через нее. Как мы видим, во всех случаях Международное бюро мер и весов придерживалось единого подхода: перейти от измерения фундаментальных физических констант в выбранных единицах к установлению размера единиц измерения от величины этих констант. Источник: ПОЛИТ.РУ