Килограмм "отвязали" от материального эталона

На конференции по мерам и весам также утвердили новое определение ампера, кельвина и моля

Москва. 16 ноября. INTERFAX.RU - Участники 26-й Генеральной конференции по мерам и весам в Париже приняли историческое решение об изменении определений четырех из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ) — килограмма, ампера, кельвина и моля, сообщает сайт N+1.

Этим решением килограмм был "отвязан" от материального носителя-эталона, и теперь определяется через постоянную Планка. С этого момента все единицы системы СИ привязаны к фундаментальным физическим константам. Трансляция заседания конференции, где единогласно было принято это решение, велась на сайте Международного бюро мер и весов.

Нынешнее решение завершает реформу, длившуюся несколько десятков лет. В 1960-х годах ученые отказались от физического эталона метра, изготовленного в 1889 году. Сейчас метр определяется c помощью постоянной Планка: это расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 секунды.

В 2005 году исследователи определились в выборе еще трех констант, чтобы изменить определения других единиц. Постоянная Планка была выбрана как основа для определения единицы массы, килограмма, элементарный электрический заряд (заряд электрона) — единицы силы тока, а постоянная Больцмана — термодинамической температуры. Для того, чтобы завершить этот переход, понадобилось еще несколько лет, чтобы с высокой точностью измерить константы.

Как было раньше

До этого дня единица массы, килограмм, была привязана к рукотворному артефакту - цилиндру из сплава платины и иридия, который хранится во французском городе Севр. Вместе с ним было сделано 40 копий из того же материала, которые разослали в национальные бюро мер и весов разных стран. Периодически их сверяли с оригиналом. Ученые пришли к выводу, что массы копий меняются относительно главного эталона в диапазоне ±50 микрограммов за 100 лет.

Насколько при этом изменилась масса главного эталона - неизвестно, поскольку его не с чем сравнивать. Для многих типов измерений такое отклонение может привести к недостоверным результатам.

Что изменилось

Теперь утверждено новое определение килограмма, основанное на постоянной Планка. Установка, с помощью которой можно реализовать новый эталон массы, называется весы Киббла. В таких весах эталоном выступает груз, который уравновешивает силу отталкивания между постоянным магнитом и катушкой, по которой пропускают ток. Таким образом, массу объекта можно найти за счет равенства электрической и механической сил. Константа Планка "прячется" в уравнениях, описывающих работу электрической части установки, и без ее фиксирования переопределить килограмм было невозможно. Примечательно, что та же самая установка ранее использовалась как раз для уточнения константы Планка, но для этого применялся другой режим ее работы.

Благодаря новому определению килограмма, каждая страна сможет воспроизводить эталонную установку самостоятельно в любое время, не сверяя с главным эталоном.

Новые определения ампера, кельвина, моля

Конференция также утвердила новое определение ампера. Прежнее определение, утвержденное в 1948 году, было основано на измерении силы, действующей на параллельные проводники с током. Теперь ученые решили зафиксировать не только численное значение постоянной Планка для килограмма, но и численное значение электрического заряда — для нового определения ампера.

Единица температуры — кельвин — до сегодняшнего дня определялась как 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды (это строго определенные значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях).

Это определение создавало свои неудобства, поскольку в воде всегда есть примеси тяжелых изотопов водорода и кислорода, и они могут значительно сдвигать тройную точку. Поэтому метрологам пришлось создать отдельный стандарт — Венский стандарт усредненной океанской воды. Ее рецепт выглядит так: 0,00015576 моля дейтерия на моль обычного водорода. Кроме того, для того, чтобы определять точные значения в других диапазонах, ученым приходилось контролировать точки плавления и кипения нескольких других веществ. Новое определение кельвина основано на постоянной Больцмана.

Моль до этого времени был привязан к количеству атомов в 0,012 килограмма стабильного углерода-12, то есть был связан с массой. В новой версии системы СИ он будет определен через зафиксированную постоянную Авогадро.

Проект реформы был одобрен сегодня, но вступит в силу она во Всемирный день метрологии, 20 мая 2019 года.