20 мая начинает работать новая редакция определений основных единиц системы измерения (СИ). С этой даты семь основных единиц: ампер, метр, кельвин, секунда, кандела, килограмм, моль привязаны к фундаментальным физическим константам – постоянной Больцмана, постоянной Планка, постоянной Авогадро, элементарному электрическому заряду. В качестве яркого наглядного примера того, насколько нужен переход от старой системы к новой можно привести килограмм.
Эталоном килограмма с 1889 года выступает цилиндр, изготовленный из 90% платины и 10% иридия, диаметром 39 миллиметров и высотой 39 миллиметров. Этот килограмм, хранящийся под Парижем, является стандартом, и он не единственный существующий. Во многих странах мира хранятся точные копии образца 18 века, являющиеся официальными.
- «Потеря» эталона части атомов и увеличение погрешности
- Эксперимент № 1 — уравновешивание веса массы электромагнитной силы
- Эксперимент № 2 — создание кремниевого эталона
- Переопределение килограмма на основе постоянной Планка
«Потеря» эталона части атомов и увеличение погрешности
Ученые едины во мнении, что эталон, который был сделан 130 лет назад, навсегда лишился части своих атомов, и, соответственно, и точности.
Как признали во всем мире, это расхождение не такое и существенное, но все же оно есть. По этой причине в ноябре 2018 года на конференции Международного бюро мер и весов принимается решение о переопределении эталона килограмма.
Во избежание определения исходного килограмма эксперты Международного бюро мер и весов приняли решение использовать постоянную Планка, величину электромагнитного эффекта. Для выяснения числового значения постоянной Планка были проведены 2 разных эксперимента.
Эксперимент № 1 — уравновешивание веса массы электромагнитной силы
Суть эксперимента №1 заключалась в уравновешивании веса массы электромагнитной силы так, чтобы взвешивающий объект плавал. В свою очередь электромагнитный эффект приводит к постоянной Планка. В США в Национальном институте стандартов и технологий были сделаны соответствующие измерения.
Эксперимент № 2 — создание кремниевого эталона
В эксперименте №2 использовались сферы из кремния изотопа 28Si.
Из монокристалла чистого кремния, который был изготовлен в Берлинском институте выращивания кристаллов, были отшлифованы сферы идеально круглой формы диаметром 93,7 миллиметра.
По количеству атомов и массе сфер можно вычислить массу одного атома 28Si. Но в мире атомов классическая физика больше не работает, так как это сфера квантовой механики. Посредством соответствующих уравнений постоянная Планка может быть определена из массы атомов и иных известных естественных постоянных.
Переопределение килограмма на основе постоянной Планка
Итак, эти два эксперимента привели к почти одинаковым результатам, и ученые выбирают направление для переопределения килограмма на основе постоянной Планка.
Дженс Саймон, ученый из германского Брауншвейгского физико-технического института сказал следующее: «Для граждан ничего не меняется, для них 20 мая будет таким же, как и днем ранее. А для науки и высоких технологий этот шаг является большой победой. Для метрологов открывается дверь в рай». Саймон также привел один из примеров «рая» — это оптические атомные часы, которые способны установить время примерно в 100 раз точнее, чем стандартные часы. Оптические атомные часы, обладающие высокой точностью, которые используют на спутниках, могут существенно повысить точность навигации.
Да, точно, для гражданских ничего не меняется, как был киллограмм на рынке, так и остался 🙂 А если серьезно, то не совсем понятно, что это за постоянная Планка? Можете на пальцам ее роль объяснить?
Да, для торгующего на рынке овощами ничего не поменяется, вы правы. Про постоянную Планку на пальцах, увы без элементарных знаний физики никак. В статье есть ссылка на Википедию. Можете там подробнее почитать