Идея создания единой системы мер возникла во Франции в конце XVIII века. В 1790-х годах учёные разработали метрическую систему, взяв за основу две единицы: метр (для длины) и грамм (для массы). Причём, необходимо сделать оговорку и уточнить, что масса и вес – это совершенно разные вещи. Напомним, что вес – это сила , с которой тело давит на поверхность, а сила измеряется в ньютонах. На Земле 70-килограммовый человек будет весить 70 ньютонов. А на Луне вес такого человека уменьшится в шесть раз, на Юпитере, напротив, вырастет до 175 ньютонов! На орбите, в невесомости, 70-килограммовый космонавт не будет весить вообще ничего. Поэтому участники космических экспедиций свободно «летают» по помещениям космического корабля, находящегося на орбите.
Первоначальное определение килограмма было связано с водой: французский естествоиспытатель Антуан Лавуазье в 1793 году определил его как массу одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре её максимальной плотности (4 °C) и стандартном атмосферном давлении. Он назвал эту единицу измерения «grave» (от латинского слова gravitas – вес), в просторечии «грав». Лавуазье, придумывая название, не учёл, что слово «grave» на английском языке означает «могила», на целом ряде европейских языков оно созвучно словам, обозначающим место захоронения умерших людей. Принять другое название Лавуазье не успел, поскольку был казнён по обвинению в заговоре против французского народа. Новое французское правительство ввело в обращение слово грав, но немного изменило его. Появился «gramme», который составлял одну тысячную отвергнутого «grave». Однако на практике грамм оказался неудобен для торговли, поэтому ввели килограмм — тысячу граммов.
В 1799 году во Франции изготовили первый эталон килограмма из платины. Позже выяснилось, что его масса превышала массу эталонного литра воды на 0,028 грамма.
В 1889 году на Первой Международной конференции мер и весов был принят новый эталон — платино-иридиевый цилиндр диаметром и высотой 39 мм. Он хранится в Международном бюро мер и весов (BIPM) в Севре (Париж). Несколько копий эталона есть в других странах, включая Россию (во ВНИИ метрологии им. Менделеева).
Со временем выяснилось, что масса международного эталона килограмма постепенно уменьшается. За сто лет он «похудел» на 50 микрограмм из-за микропереноса вещества на поверхность подставки и захватов при сверке с национальными эталонами. Это могло искажать результаты сверхточных научных расчётов.
В 2019 году килограмм переопределили через фундаментальные физические константы, а именно через постоянную Планка. Это позволило избавиться от зависимости от материального эталона и достичь квантовой точности.
Интересные факты
· Слово «килограмм» состоит из двух частей: «кило» (от греческого χίλιοι — «тысяча») и «грамм» (от γράμμα — «маленький вес»).
· До 2019 года килограмм был единственной единицей СИ, определённой через физический артефакт. Остальные единицы уже были привязаны к фундаментальным константам.
· В XIX веке производились измерения, которые показали, что масса 1 дм³ воды на 0,028 г меньше массы архивного эталона. Это привело к решению принять в качестве единицы массы массу прототипа — Архивного килограмма.
Хотя это не напрямую связано с историей единицы измерения, интересно упомянуть Джона Брауэра Миннока — человека, который вошёл в Книгу рекордов Гиннесса как самый тяжёлый человек в истории. В 1978 году его вес оценивался примерно в 635 кг. Для его транспортировки в больницу потребовалось более десятка пожарных, а в палате ему соединили две двуспальные кровати. После строгой диеты он потерял около 420 кг, но позже снова начал набирать вес. Миннок умер в 1983 году в возрасте 41 года.
Таким образом, история килограмма отражает эволюцию измерительных систем от привязки к природным объектам до использования квантовых стандартов, а его переопределение в 2019 году стало важным шагом в развитии современной метрологии.