Фундаментальный недовес
АрхивЧеловек и ОбществоФизики озабочены. В эталоне килограмма — гире высотой и диаметром 39 миллиметров, отлитой еще в 1889 году из платиново-иридиевого сплава, не хватает пятидесяти микрограмм. Это меньше крупинки соли, но грозит большими трудностями в согласовании точных измерений.
Физики озабочены. В эталоне килограмма — гире высотой и диаметром 39 миллиметров, отлитой еще в 1889 году из платиново-иридиевого сплава, не хватает пятидесяти микрограмм. Это меньше крупинки соли, но грозит большими трудностями в согласовании точных измерений. Недовес, обнаруженный в результате очередного сличения Международного эталона с одной из его восьмидесяти копий, подстегнул интерес к давней проблеме эталона массы.Куда делись эти микрограммы, уже, наверно, не узнать. Скорее всего, просто стерлись от многолетнего употребления. О возможности таких неконтролируемых и невосполнимых изменений специалисты предупреждали давно. Обсуждаются и два возможных варианта замены эталона массы более точным и надежным. Однако сначала Международная комиссия мер и весов, созданная еще в 1875 году, должна убедиться, что новый эталон лучше прежнего — а вот с этим пока большие сложности.
По мере развития экспериментальной техники, открытия новых физических эффектов и изобретения новых, более точных приборов система первичных эталонов меняется. Килограмм, пожалуй, единственная из семи базовых единиц системы СИ, которая сохранила свое определение с XIX века, а не основывается на квантовых эффектах и фундаментальных физических константах. Например, единица времени (секунда) вместо 1/31556925,9147 части тропического 1900 года с 1967 года стала определяться по цезиевым атомным часам. А в 1983 году единицу длины (метр) вместо эталонной платиново-иридиевой линейки стали определять по единице времени, попросту постулировав точное значение скорости света в вакууме.
Килограмм давно предлагают определить, задав число атомов в кристалле какого-нибудь химического элемента. Но пока не удается достичь нужной точности. Трудно вырастить идеальный кристалл, трудно подсчитать в нем количество атомов, поскольку это число из двадцати пяти цифр. В немецком центре мер и весов в Брауншвейге работают с шаром из кремния-28, благо полупроводниковая промышленность хорошо научилась выращивать качественные кремниевые кристаллы. Особо чистый (99,99%) изотоп кремния немцы заказывали на одном из наших секретных заводов, центрифуги которого раньше использовались для разделения изотопов урана.
При другом подходе предлагается определить килограмм с помощью так называемых обращенных ампер-весов. В них вместо одной из гирь устанавливаются две катушки. Через них пропускают электрический ток, что создает определенную силу, которую и нужно уравновесить. А ток можно вычислить, основываясь на квантовых эталонах вольта и ома. Однако этот метод очень сложен и требует точного знания множества параметров, включая силу земной гравитации в месте нахождения лаборатории.
Пока специалисты затрудняются сказать, какой из двух конкурирующих методов лучше. Впрочем, можно и вовсе обойтись без привычного килограмма, поступив с ним примерно так же, как с метром. Известная формула E=mc2 позволяет выразить массу в единицах энергии, а уж в естественных квантовых эталонах единиц энергии, например при переходе с одного атомного уровня на другой, недостатка нет.
