У килограмма будет новый эталон

Участники Генеральной конференции по мерам и весам, которая проходила в Париже, приняли историческое решение: переопределить сразу четыре из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ) — килограмма, ампера, кельвина и моля. С этого момента все единицы системы СИ привязаны к фундаментальным физическим константам.

- Килограмм уже давно вызывает множество вопросов, - сказал корреспонденту "РГ" хранитель эталона масса ВНИИ метрологоии им. Менделеева Виктор Снегов. - Килограмм оставался одной из немногих фундаментальных единиц системы СИ, которая определялась не через физические константы (скорость света или заряд электрона), а через реальный физический эталон - платиново-иридиевый цилиндр.

За 100 лет одни копии эталона килограмма "похудели", другие "поправились"

Его изготовили еще в 1889 году, все это время он хранился в парижском Международном бюро мер и весов, в 1892 году сделали 42 копии и передали в разные страны. Когда эти эталоны сверили, то ученых ожидал сюрприз. Хотя все они сделаны из одного "теста", но одни "похудели", а другие наоборот "поправились". Максимальное отклонение от оригинала за 100 лет составило 50 микрограмм.

Почему? Причины самые разные, например, испарение металла или наоборот поглощение каких-то атомов из воздуха. Но самое главное, непонятно, насколько изменилась масса главного эталона, ведь теперь копии не с чем сравнить. Вроде бы 50 микрограмм мизер, но в современном мире, где появилось множество технологий, где требуется высочайшая точность, это может привести к серьезным ошибкам и даже системным кризисам. И виноват в этом килограмм, ведь он является одной из основных единиц в международной системе измерений, с ним связаны многие электрические и магнитные величины, а также механические - давление, плотность и т д.

Поэтому в 2011 году было решено уйти от материального объекта и привязать килограмм к физическим константам. Как это было реализовано? Один вариант разработан немецкими учеными совместно с российскими из нижегородского Института химии высокочистых веществ РАН. Суть в следующем. В шаре диаметром 98 миллиметров из чистейшего кремния с помощью постоянной Авогадро рассчитывается, сколько должно быть атомов кремния, чтобы вес шара составил один килограмм.

Такую сферу сможет легко воспроизвести любой национальный метрологический институт. Для реализации другого варианта эталона килограмма применены весы Киббла, названные по имени их изобретателя. В таких весах груз на одной чашке весов уравновешивают электромагнитные силы, которые действуют на другую чашку. Есть формула, которая связывает эти силы. Именно в электрической части уравнения, где есть данные тока, напряжения и других электромагнитных параметров, "прячется" постоянная Планка.

Не вдаваясь в подробности определения, скажем, что теперь математический эталон килограмма звучит так: это масса, при которой постоянная Планка точно равна 6, 62606X на 10 в минус 34 степени джоуль в секунду. Благодаря новому определению килограмма, каждая страна сможет воспроизводить эталонную установку самостоятельно в любое время, не прибегая к сверке с главным эталоном. Точность измерения составляет всего 12 частей на миллиард.

Официально платиново-иридиевый цилиндр из Палаты мер и весов "уйдет на пенсию" не сейчас, а 20 мая 2019 года, во Всемирный день метрологии. Аналогичная судьба постигнет ампер, кельвин и моль. Все они получили новые математические определения, связанные с зарядом электрона, постоянной Больцмана и числом Авогадро.