Единица измерения массы в 1 кг будет определяться не физическим эталоном, а количеством электрической энергии для смещения с места объекта весом в 1000 г.
Эталон 1 кг в виде платино-иридиевого цилиндра, который хранится в Международном бюро мер и весов (фр. Bureau International des Poids et Mesures, BIPM) в Севре рядом с Парижем и является мерой измерения массы во всем мире, будет заменен формулой на основе законов квантовой физики на 26-й Генеральной конференции по мерам и весам. Как сообщает научный портал Phys.org, эта конференция проходит с 13 по 16 ноября в Версальском дворце в Париже.
«Килограмм – это последняя единица измерения, основанная на физическом объекте. Проблема в том, что у него долгая жизнь и его масса могла измениться. Это не очень хорошо, учитывая уровень точности в измерениях, которая нужна нам сегодня», – заявил директор Национальной лаборатории метрологии и испытаний Франции Томас Гренон.
С момента принятия метрической системы в конце XVIII века, когда была закреплена единая структура измерений, выражающих расстояние, время, массу и электрические процессы, прошло больше 130 лет.
Тогда величина в 1 м определялась как одна сорокамиллионная часть меридиана Земли, проходящего через Париж. Затем к метру привязали и единицу массы, которую определили в виде кубического дециметра воды и назвали термином «килограмм». Это стало основой метрической системы измерения (СИ).
«Теперь мы оглядываемся назад и говорим, что пройденный путь был довольно хорош и мы не сделали бы по-другому», – сказал международный хранитель измерительных систем и директор BIPM Мартин Милтон.
Однако наука ушла далеко со времен Французской революции. И сегодня «метр» определяется как длина пути, проходимая светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунды. А сама секунда была отделена от вращения Земли и с 1960-х годов официально привязана к колебаниям атома цезия-133. Тогда появились знаменитые атомные часы.
Однако и атомные расчеты измерений не устроили научное сообщество. В конце XX века ученые обнаружили, что эталон килограмма постепенно теряет массу. Тогда и была начата ревизия системы измерений с разработкой новой меры, не подверженной временным изменениям.
В августе этого года сообщалось, что «Росатом» в конце 2018 года поставит в Германию изотоп кремния-28 (28Si) для международного научного проекта «Килограмм-3» по созданию эталона массы нового поколения в виде идеального шара из поликристаллического кремния, обогащенного по стабильному изотопу 28Si, с отклонением от сферичности менее 30 нанометров.
В рамках ревизии СИ было также предложено рассчитывать массу на основе постоянной Планка – основной константы квантовой теории (коэффициент, связывающий величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой) – и неразрывной связи энергии с массой, как доказал еще Эйнштейн.
Таким образом, килограмм будет измеряться количеством электрической энергии, необходимой для смещения с места объекта массой в 1 кг, рассчитанной на основе константы Планка.
«Если вы толкаете объект, то необходимая мощность зависит от массы этого объекта. То есть можно рассчитать массу объекта, исходя из затраченной на толчок мощности электрической энергии, на основе квантовой константы», – сказал Милтон.
Сторонники этого решения настаивают на крайней стабильности и точности измерений, в отличие от физических эталонов, и их больших практических перспективах в будущем.
На конференции кроме вопроса о килограмме будет обсуждаться определение и других основных международных единиц измерения: единицы силы электрического тока – ампера, единицы термодинамической температуры – кельвина, и единицы измерения количества вещества – моля.