В 2019 году мы все попрощаемся с нашими килограммами. Но — нет, худее от этого никто не станет.
В пятницу правительства всего мира должны утвердить новое определение килограмма — чему именно равна и как должна рассчитываться основная единица измерения массы.
И хотя это никак не отразится на нашей повседневной жизни, значение этого шага для научного мира и промышленности, где требуется предельно точные измерения, трудно переоценить.
Килограмм — одна из семи основных единиц международной системы измерений (СИ).
Определения четырех из них — самого килограмма, а также ампера (измеряет силу тока), кельвина (температуру) и моля (количество вещества) — будут пересмотрены на Всеобщей конференции мер и весов, которая проходит в пятницу под Парижем, в Версале.
Оригинальный килограмм
Килограмм — последняя из единиц СИ, в основе которой лежит реальный физический объект. Принятое еще в 1901 году официальное определение ровно так и звучит: «Килограмм — это единица массы, равная массе международного прототипа килограмма».
Международный прототип — это 4-сантиметровый цилиндр, состоящий на 90% из платины и на 10% из иридия. Он был произведен в Лондоне и с 1889 года хранится в Международном бюро мер и весов в городе Севре под Парижем.
Но физические объекты могут терять атомы (фактически испаряться) или, напротив, впитывать молекулы из окружающего воздуха, так что за прошедшее столетие масса эталона изменилась на несколько десятков микрограммов.
А это значит, что все остальные прототипы килограмма, по которым калибруют весы по всему миру, строго говоря, не идеально точны.
Столь незначительные отклонения не имеют никакого значения в привычной нам жизни, однако представляют огромную проблему для точных научных вычислений.
«Если когда-нибудь инопланетяне прилетят на Землю, о чем нам еще с ними разговаривать, если не о физике? Но чтобы говорить о физике, нужно будет договориться и об общих единицах измерений. И если мы скажем, что в основе нашей единицы массы лежит металлическая гиря из Парижа, над нами будет смеяться вся Вселенная», — заявил накануне голосования представитель Национального института стандартов и технологий США Стивен Шламмингер.
Новый килограмм
По большому счету, голосование в пятницу будет формальным: напряженные дебаты уже состоялись (несколько стран предлагали свои, альтернативные определения), решение согласовано.
В будущем килограмм предполагается измерять при помощи так называемых весов Ватта — этот прибор определяет массу через постоянную Планка, основную константу квантовой теории.
Проще говоря, определение килограмма будет увязано с количеством электромагнитной энергии, необходимой для того, чтобы уравновесить объект соответствующей массы. Эталонную гирю заменят электрический ток и напряжение, пропорциональное силе создаваемого ей магнитного поля.
Эти величины, в отличие от самого физического объекта, не могут измениться или пропасть. А кроме того, точно отмерять килограмм теперь смогут любые ученые по всему миру, а не только те, у кого есть доступ к оригинальной парижской гире или ее копии.
По словам главы британской Национальной физической лаборатории Теодора Йанссена, отвечающего за стандарты измерения, пятничное голосование — поворотный момент в истории физики.
«После этого все единицы системы СИ будут основаны на фундаментальных константах природы — вечных, неизменных величинах, — объясняет он. — Это позволит проводить куда более точные измерения и укрепит основы науки в целом».
Другие изменения
Новое определение килограмма должно вступить в силу в мае следующего года.
В пятницу также будут пересмотрены определения ампера, кельвина и моля.
Ампер (сила тока) будут измерять, подсчитывая число создающих ток и переносимых по одному электронов.
Кельвин (температура) — за счет акустической термометрии, измеряя скорость звука в сфере, заполненной газом определенной температуры.
Моль (количество вещества) пересмотрят при помощи инструмента, определяющего точное число атомов в идеальной сфере из чистого кремния-28.
