Сколько весит килограмм? Учёные изучают эту, казалось бы, простую задачу уже сотни лет.
В 1795 году во Франции был принят закон, определявший «грамм» как «абсолютный вес воды в кубе, объём которого равен одной сотой метра при температуре таяния льда (то есть 0°C)». В 1799 году учёные обнаружили, что объём воды наиболее стабилен при максимальной плотности воды при 4°C, поэтому определение килограмма изменилось на «массу 1 кубического дециметра чистой воды при 4°C». Это привело к появлению чистого платинового килограмма, килограмм определяется как равный его массе, которая называется архивным килограммом.
Этот архивный килограмм служит эталоном уже 90 лет. В 1889 году Первая международная конференция по метрологии утвердила копию из платино-иридиевого сплава, наиболее близкую к архивному килограмму, в качестве международного оригинала. Вес килограмма определяется цилиндром из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия) высотой и диаметром приблизительно 39 мм, который в настоящее время хранится в подвале на окраине Парижа.
Международный оригинальный килограмм
Со времён эпохи Просвещения геодезическое сообщество стремилось к созданию универсальной системы геодезических измерений. Хотя использование физического объекта в качестве эталона измерений является осуществимым способом, поскольку физический объект легко повреждается под воздействием антропогенных факторов или окружающей среды, это влияет на его устойчивость, и геодезическое сообщество всегда стремилось как можно скорее отказаться от этого метода.
После принятия первоначального международного определения килограмма метрологи серьезно обеспокоены вопросом: насколько стабильно это определение? Будет ли оно меняться со временем?
Следует отметить, что этот вопрос был поднят ещё в начале определения единицы массы – килограмма. Например, когда в 1889 году был определён килограмм, Международное бюро мер и весов выпустило семь килограммовых гирь из платино-иридиевого сплава, одна из которых является Международной гирей. Первоначальный килограмм используется для определения единицы массы килограмм, а остальные шесть гирь, изготовленные из того же материала и по той же технологии, служат вторичными эталонами для проверки дрейфа между ними с течением времени.
В то же время, с развитием высокоточных технологий, нам также необходимы более стабильные и точные измерения. Поэтому был предложен план переопределения международной базовой единицы с использованием физических констант. Использование констант для определения единиц измерения означает, что эти определения будут отвечать потребностям следующего поколения научных открытий.
Согласно официальным данным Международного бюро мер и весов, за 100 лет, с 1889 по 2014 год, стабильность качества других исходных килограммов и международного исходного килограмма изменилась примерно на 50 микрограммов. Это свидетельствует о наличии проблемы со стабильностью физического эталона единицы качества. Хотя изменение на 50 микрограммов кажется незначительным, оно оказывает существенное влияние на некоторые высокотехнологичные отрасли.
Если вместо килограмма использовать основные физические константы, стабильность единицы массы не будет зависеть от пространства и времени. Поэтому в 2005 году Международный комитет мер и весов разработал рамочную концепцию использования основных физических констант для определения некоторых основных единиц Международной системы единиц. Рекомендуется использовать постоянную Планка для определения килограмма как единицы массы, а компетентным национальным лабораториям рекомендуется проводить соответствующие научные исследования.
Поэтому на Международной конференции по метрологии 2018 года ученые проголосовали за официальную отмену международного прототипа килограмма и изменили постоянную Планка (символ h) в качестве нового стандарта для переопределения «кг».
Время публикации: 05 марта 2021 г.