Килограмм получил новое точное физическое определение, выраженное не через объекты реального мира, а абстрактные математические константы — скорость света или заряд электрона.
Также новые определения получили ампер, кельвин и моль, сообщает Chemistry World. Это позволит заменить Парижский эталон массы.
Килограмм оставался одной из немногих фундаментальных единиц системы СИ, которая определялась не через константы, а через реальный физический эталон — платиново-иридиевый цилиндр. Его изготовили еще в 1889 году.
В связи с тем, что масса цилиндра постепенно уменьшалась, в 2005 году началась разработка новых определений основных единиц измерения. Через 6 лет ученые решили выработать математический эталон массы, базирующийся на постоянной Планка и формуле Эйнштейна E=mc2. После были проведены три независимых эксперимента, результаты которых согласовали в середине 2017 года и только сегодня во Франции утвердили.
Платиновый цилиндр потеряет свое значение 20 мая 2019 года, во Всемирный день метрологии.
И хотя это никак не отразится на нашей повседневной жизни, значение этого шага для научного мира и промышленности, где требуются 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.
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.
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 (или баланса Киббла) - 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 гравитационного 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".
Новое определение килограмма должно вступить в силу в мае следующего года.
Другие изменения
Также будут пересмотрены определения ампера, кельвина и моля.
Ампер (сила тока) будут измерять, подсчитывая число создающих ток и по одному переносимых 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.
