Эта статья является продолжением предыдущих статей:
- Что такое эталон для физика?,
- Физический и математический эталоны и
- Какими же свойствами должны обладать эталоны, чтобы быть эталонами?
При выборе практического эталона
большое значение имеет определение принципа, на котором работает эталон.
Представим, что мы выбрали в качестве часов, характеризующих «ход времени», маятниковые часы. На Земле они могут работать и могут служить показателем «хода времени». Период их движения зависит от ускорения свободного падения обратно пропорционально, а частота, соответственно, прямо пропорционально. А т.к. на поверхности Земли ускорение свободного падения почти не зависит от места нахождения, то применение такого эталона времени правомерно. На орбитальной станции ускорение свободного падения равно нулю, следовательно, период колебания стал равен бесконечности. При таком выборе описания времени мы можем сказать, что в невесомости, в галилеевом пространстве оно останавливается. Время исчезает. Вот к чему может приводить неудачная метрология времени.
Нечто подобное происходило в реальной действительности. Например, использовались такие единицы длины как «шаг», «фут» (ступня) пядь, дневной пробег коня и т.д. Из-за этого одно и то же явление могло иметь самые различные описания в зависимости от того, какая у кого ступня или насколько резвый конь.
История выбора эталона
Но человечество, в конце концов, пришло к понятию метрологии и понятию эталонов. Было выбрано понятие, пусть и идеальное, абсолютно твердого тела, и определенный отрезок его стал эталоном длины, и длина стала почти абсолютной величиной, почти не зависящей ни от каких внешних воздействий. В качестве измерителей времени появились часы на основе периодических процессов, на которые внешние воздействия почти не влияют, например, сначала – на основе длительности суток, земного года, гиревые и пружинные, затем атомные или ядерные, на основе чего возможно создание понятия идеальных часов, которые не подвержены почти никаким внешним воздействиям, и на этой основе время также стало "абсолютным". Эталоном массы была выбрана масса специально созданного и особо хранимого бруска металла, равная массе одного литра воды в тройной точке.
Практический эталон ограничен в размерах и в точности производства измерений. С его помощью невозможно измерить слишком маленькое и слишком большое – можно и не заметить, вплоть до того, что нельзя сказать "меньше или больше предела измерения".
Физическими эталонами могут быть либо выбранный физический материальный объект определенной длины и инвариантно воспроизводимый процесс определенной длительности, либо некоторые периодические материальные структуры и процессы пространства–времени. В нашем современном мире определены несколько эталонов, соответствующих уровню наших знаний. Это эталон длины – хранимый в определенном месте материальный стержень (брусок) и/или определенное количество периодов атомной решетки определенного кристаллического вещества, эталон времени – период вращения Земли вокруг оси (или Солнца) или определенное количество периодов спектрального излучения определенного вещества, эталон массы – количество определенного вещества в определенном объеме при определенной температуре или определенное количество атомов определенного вещества, эталон температуры – тройная точка воды, эталон силы тока – через силу взаимодействия двух проводников с током на определенном расстоянии. Эталон силы тока можно заменить эталоном электрического заряда. Есть природный эталон заряда – универсальный элементарный заряд электрона. На уровне наших физических знаний эталоны массы и заряда не определяются через линейный или временной эталоны. Хотя и можно искусственно определить соответствие путем сравнения сил гравитационного и электромагнитного взаимодействий. Есть и другие эталоны.
Эталон массы необходим для определения результата воздействия полей на м.о. в соответствии со вторым законом Ньютона. Масса – мера инерции объекта. Эталон тока необходим для определения силы электромагнитного взаимодействия, в частности, электрического тока.
Эталоны длины и времени объединяются через скорость света в вакууме, т.е. они зависимы через скорость света. Но это возможно только в физической теории, в которой определена скорость света как эталон. Эталоны длины, времени, массы и заряда также связаны через параметры одного и того же объекта – атом определенного вещества – линейный, временной, объемный параметры кристаллической решетки, масса и заряд атома этой решетки. Это говорит о том, что эти эталоны можно объединить через один "общий эталон" – эталон "кристаллическая решетка определенного вещества" (периодический объект) в определенных внешних условиях.
Математический эталон лишен некоторых недостатков практических эталонов.
Замечание. Хоть и математический эталон определяется совершенно независимо и абсолютно, но он есть плод реальных физических изысканий и экспериментов с реальными физическими эталонами в нашем реальном физическом пространстве. И в ней сконцентрировано основное свойство эталонов: ее неизменность, инвариантность и абсолютность во всем Пространстве влияющих параметров. Математический эталон может быть применен с любым физическим эталоном, лишь бы он удовлетворял его свойствам. Хоть с пружинным, хоть с маятниковым эталонами.
Существующие в настоящее время эталоны
связаны со скоростью распространения фундаментальных взаимодействий, в частности, со скоростью распространения электромагнитных взаимодействий, в которой постулируется постоянство скорости ее распространения в вакууме. Эта скорость по определению в точности равна 299 792 458 м/с. Другая фундаментальная метрическая константа – это единица времени "секунда". Её величина устанавливается фиксацией численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 К равным по определению в точности 9 192 631 770. И третья фундаментальная метрическая константа – это единица массы "килограмм". Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма в соответствии с 3-ей Конференцией по мерам и весам (1901г). Но это было так только до ноября 2018 г. Теперь килограмм должен быть таким, чтобы постоянная Планка составляла 6,626069 * 10−34 джоулей на секунду. Джоули выводятся через килограммы, метры и секунды.
Эти стандартные определения практического эталона в бытовом (да и в техническом) плане достаточно правильно передают свойства эталона. Но насколько они правильно передают свойства пространства-времени-материи, в котором мы существуем? Ранее я выделил четыре типа пространств и эталонов, им соответствующих. Это 1) абсолютный галилеев (или ньютонов), 2) релятивистский, электромагнитно-квантовый и 3) гравитационный. Какому из пространств соответствуют указанные выше эталоны? Оказывается, эти практические эталоны, даже основанные на фундаментальных свойствах пространства-времени-материи, не определяют однозначно тип пространства, в котором мы живем. Для выяснения этого вопроса необходимо ставить специальные эксперименты. Одним из таких экспериментов и явился эксперимент Майкельсона-Морли, из которого следует относительность, а не абсолютность пространства-времени. Теория относительности Эйнштейна и опыты, поставленные с целью проверки ОТО, что пространство-время не является плоским, и его искривление зависит от наличия в ней материи-энергии-импульса. Успехи квантовой теории показали, что пространство-время-материя обладают дискретными свойствами.
Мои странички на Дзен: ВАЛЕРИЙ ТИМИН
Ссылка на мою статью Как написать формулы в статье на Дзен?
Если вам понравилась статья, то поставьте "лайк" и подпишитесь на канал! Если не понравилась – все равно комментируйте и подписывайтесь. Этим вы поможете каналу. И делитесь ссылками в ваших соцсетях!
Если хотите узнать, что обозначает слово или словосочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите "Искать в ...", далее - "Yandex". Если это текстовая ссылка – выделите ее, нажмите правую клавишу мыши, выберите "перейти …". Все! О-ля-ля!