Ученые могут дать новое определение килограмму и, наконец, отказаться от определения его по физическому объекту – килограмму из иридия и платины под названием Международный прототип килограмма.
Статья на «AIN.ua» детально объясняет, зачем это нужно.
Килограмм
Любое измерение веса в вашей жизни – от взгляда на напольные весы до взвешивания порции муки – уходит корнями к одному предмету: металлическому килограмму, сделанному из платины и иридия, который покоится под замком в подземном убежище в Париже. Он называется Международный прототип килограмма (International Prototype Kilogram или IPK), и с момента своего создания он был стандартом, по которому меряется вес во всем мире. Но ему недолго осталось им быть. Копии IPK находятся по всему миру, некоторые страны создают собственные прототипы меры весов, как можно более близкие к оригиналу. Они в свою очередь используются для калибровки весов и веса во всех сферах жизни – в лабораториях и заводах, на рынках и в булочных. Даже в США, где используются фунты и унции, все калибруется с помощью IPK, как и в метрической системе. Сегодня в международном министерстве весов планируется переворот. После служения мировым стандартом на протяжении 129 лет, IPK или же Le Grand K, будет свергнут. Эксперты из Международного бюро мер и весов, которое занимается метрической системой, соберутся в Версале и проголосуют за то, чтобы заменить физический артефакт определением килограмма, базирующимся на фундаментальной константе природы. Этот переход пройдет незамеченным никем, кроме ученых из продвинутых физических лабораторий, но для посвященных – это знаковое событие. «Это – комета Галлея в сфере метрологии. Очень редко случаются пересмотры определения такого масштаба», – говорит Стефан Шлеммингер, физик из Национального института стандартов и технологий США (он работал над подготовкой грядущего изменения и оборудованием для нее). Это – научный эквивалент случая, когда Индиана Джонс подменил золотого идола мешком песка. После пересмотра килограмм останется килограммом, но его значение будет зиждиться на намного более странном основании.История констант
Задача определения единиц измерения через константы уходит корнями в создание метрической системы во времена французской революции XVIII века. В то время идеология свободы, равенства и братства принималась не только революционерами, но и учеными. Метрическая система создавалась с целью освободить мужчин и женщин от неупорядоченных и непонятных единиц измерения старого режима. Это был утопический проект, чьи создатели верили, что новая система объединит мир, даст возможность свободно меняться товарами и информацией. Чтобы гарантировать понятность новых единиц измерения для всех, нужно было составить новые определения. Одна из единиц измерения, которые использовались в то время во Франции, называлась pied du Roi – «королевская нога». Из названия понятно ее происхождение, а также – принадлежность к иерархической социальной системе. Революционеры хотели повалить эту систему, а это означало, в том числе, определить единицы измерения такими экспериментами, которые каждый мог бы повторить. Так что изначально килограмм определялся как масса кубического дециметра воды, где дециметр – это одна десятая метра, а метр в свою очередь определялся как доля дистанции между Северным полюсом и экватором. Эту воображаемую линию измеряли вручную, дюйм за дюймом, на протяжении семилетнего путешествия по континенту Европы. В 1798 году метр официально был определен, как 1/10 000 000 половины земного меридиана. Если какая-то из стран хотела создать собственный эталон метра, теоретически она могла сама его переизмерить.«Это определения вводились во время, когда революционеры хотели создать единицы измерения для всех людей», – говорит доктор Мартин Мильтон, директор Международного бюро мер и весов (BIPM).На протяжении следующего столетия метрическую систему перенимали все больше стран, к ней добавлялись новые единицы, и ученые забеспокоились о том, что текущих оснований для них может быть уже недостаточно. Физик Джеймс Максвелл очертил эти страхи в 1870 году, предупреждая коллег, что “Земля может уменьшиться из-за остывания, или же вырасти из-за слоя метеоритов”, который поменяет ее форму и соответственно – длину метра. Это предупреждение может звучать абсурдно, но тревожные мысли Максвелла отражают фундаментальную значимость метрологии. Единообразные единицы измерения лежат в основе научного метода. Без них нельзя достоверно повторять эксперименты, а результаты их становятся ненадежными, как и ваше понимание мира. Как некогда сказал британский ученый, лорд Кельвин, в честь которого названа единица измерения температуры: «Если вы можете измерить то, о чем говорите, и выразить это в числах, вы уже что-то о нем знаете». Если не можете – не знаете. Решение? Как животным, спасающимся от воды, метрологам стоит искать возвышенности – более общую точку отсчета, эпистемологически выражаясь. Вместо того, чтобы использовать Землю в качестве этой точки, они решили обратиться к физическим константам, неизменным по всей вселенной. Метр первым пересчитали с помощью констант. В 1960 году его измерили с помощью длины световой волны, а затем, в 1983 году, на 17-м собрании BIPM метр получил свое текущее определение – «длина отрезка, который проходит свет в вакууме за часовой интервал в 1/299 792 458 секунды». За последние десятилетия шесть или семь единиц метрической системы, включая секунду, ампер, Кельвин, моль – прошли подобные же трансформации. Сейчас же остался килограмм, который все еще зависит от физического артефакта. И метрологи хотят избавиться от этой зависимости, ведь физические объекты меняются, в отличие от физических констант.