Сколько весит килограмм? Ученые исследуют эту, казалось бы, простую задачу уже сотни лет.
В 1795 году Франция приняла закон, устанавливающий «грамм» как «абсолютный вес воды в кубе, объем которого равен одной сотой метра при температуре, при которой тает лед (то есть 0°C)». В 1799 году ученые обнаружили, что объем воды наиболее стабилен, когда плотность воды максимальна при 4°C, поэтому определение килограмма изменилось на «массу 1 кубического дециметра чистой воды при 4°C». Это привело к появлению чистого платинового килограмма, который определяется как равный своей массе и называется архивным килограммом.
Этот архивный килограмм используется в качестве эталона 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 эталонного килограмма. Вес «килограмм» 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 времен Просвещения геодезическое сообщество стремилось к созданию универсальной системы измерений. Хотя использование физических объектов в качестве эталона измерений является приемлемым способом, поскольку физические объекты легко повреждаются под воздействием антропогенных или экологических факторов, что влияет на их стабильность, и геодезическое сообщество всегда стремилось как можно скорее отказаться от этого метода.
После принятия международного первоначального определения килограмма возникает вопрос, который очень волнует метрологов: насколько стабильно это определение? Будет ли оно меняться со временем?
Следует отметить, что этот вопрос поднимался в самом начале определения единицы массы — килограмма. Например, когда килограмм был определен в 1889 году, Международное бюро мер и весов выпустило 7 килограммовых гирь из платино-иридиевого сплава, одна из которых является международной. Оригинальный килограмм используется для определения единицы массы — килограмма, а остальные 6 гирь, изготовленных из того же материала и по той же технологии, используются в качестве вторичных эталонов для проверки наличия отклонений во времени между ними.
В то же время, с развитием высокоточных технологий, нам также необходимы более стабильные и точные измерения. Поэтому был предложен план по переопределению международной основной единицы измерения 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 проблеме со стабильностью физического эталона качественной единицы. Хотя изменение на 50 микрограммов кажется незначительным, оно имеет большое значение для некоторых высокотехнологичных отраслей промышленности.
Если основные физические константы используются вместо физического эталона килограмма, стабильность единицы массы не будет зависеть от пространства и времени. Поэтому в 2005 году Международный комитет по мерам и весам разработал концепцию использования основных физических констант для определения некоторых основных единиц Международной системы единиц. Рекомендуется использовать постоянную Планка для определения единицы массы килограмма, а компетентным национальным лабораториям рекомендуется проводить соответствующие научные исследования.
Поэтому на Международной конференции по метрологии 2018 года ученые проголосовали за официальный вывод из эксплуатации международного прототипа килограмма и заменили постоянную Планка (символ h) новым стандартом для переопределения «кг».
Дата публикации: 05 марта 2021 г.