54-те страни, които използват килограма като единица, искат да го адаптират към 21-ви век с ново определение, за което все още няма консенсус
Науки 31.01.2011 08:00
По света има много килограми, но само един е истинският. Това е тежест, която се побира в едната ръка и се съхранява в трезор близо до Париж. От създаването си през 1880 г. той е световният еталон за останалите тежести, които калибрират везните в Испания и 53 други страни. Но според експертите, които го пазят и анализират, старият килограм вече не работи.
„Обект, направен през 1880 г., вече не е валиден като референция за измерване на масата през 21 век“, обяснява Джон Сток, физик от Международното бюро за тежести и мерки (BIPM) в Севр, в чието мазе се съхранява оригиналният килограм .
Оригиналният килограм, изкован през 1880 г., е отслабнал, според експерти
В понеделник Stock и други 20 експерти по измерване от Европа и САЩ се срещнаха в Лондон, за да планират предефиниране на килограма, който 54-те държави, включително Испания, които използват Международната система от единици, ще трябва да приемат. „Нуждаем се от дефиниция, която да е стабилна и достъпна за всички“, казва Сток, командващ една от най-точните везни в света, с която тежи килограма, за да изрази стойността му въз основа на универсална константа, а не на деветнадесета -век тегло.
Всяка година трима мъже слизат в мазето, където се намира килограмът, отварят портата и проверяват дали тя все още е непокътната. Те са директор на BIPM, президент на Международния комитет за теглилки и мерки и директор на архивите на Франция. Всеки един пази един от трите ключа, които отварят вратата.
„Първият път, когато видях целия този процес, ми се стори много забавен“, обяснява Ян Милс, експерт по микроскопия в Университета в Рединг (Великобритания) и един от организаторите на срещата от миналата седмица. Само три пъти килограмът е изваден от камерата му. Трябваше да провери дали теглото му е все същото. Резултатите от последните две претегляния, през 1946 и 1989 г., дадоха обезпокоителен резултат: килограмът беше загубил около 0,00005 грама.
Международен орган ще предефинира единицата за маса
"Не знаем какво се е случило с теглото през миналия век", признава Сток. Подобно на него, други екипи от САЩ, Швейцария, Канада, Китай и шест други държави правят свои собствени изчисления на базата на универсални константи.
Усилията са насочени към консултиране на политическите делегати на Генералната конференция за теглилки и мерки (CGPM), която групира 54-те държави от Конвенцията за метрото. Подписан през 1875 г., конвенцията е създадена, за да стандартизира теглото (килограм), времето (секундата), дължината (метра), интензивността на тока (ампер), температурата (келвин), количеството вещество (мол) и интензивността на светлината (кандела) ).). След срещата от миналата седмица в Лондон стана ясно, че споразумението за новия килограм не може да бъде постигнато по време на следващото заседание на CGPM през октомври.
Споразумение не може да бъде постигнато преди 2015 г. или дори по-късно
Причината е несъответствието между двата велики експеримента, претеглили килограма като функция на две константи. Единият е този, който Макс Планк открива през 1900 г. и който поставя основите на квантовата физика. Друга е тази, предложена от Амедео Авогадро почти век по-рано, за да се изчисли броят на атомите в даден газ въз основа на неговия обем.
Приложени към килограма, предложенията на двамата автори не са съгласни. „Точният размер на разминаването е 0,00000017“, обяснява Естефания де Мирандес, физик от Барселона, който работи по предефинирането на килограма в IBPM. Това разногласие ще бъде достатъчно, за да забави международния пакт до следващото заседание на CIPM, след четири години.
„Има разумен шанс новата дефиниция да бъде одобрена през 2015 г., но няма сигурност“, обяснява Сток. Три други мерки на Международната система ще трябва да изчакат до 2015 г., за да бъдат предефинирани: бенката, амперът и степента на келвина, нещо, което не се харесва на всички участващи експерти.
„Този проблем може да ни създаде проблеми в бъдеще“, признава пред този вестник физикът Джон Хол, експерт по измерване на лазерната величина и носител на Нобелова награда за физика за 2005 г. Според Хол предефинирането може да доведе до „прекъсване на връзката“ с миналото ".
Френската тежест е изкована в Лондон преди 131 години, за да се възпроизведе т. Нар. „Килограм архиви“ с най-голяма точност. Това беше мярка, еквивалентна на теглото на литър вода, която беше определена от правителството на Франция през 1795 г., докато страната водеше война срещу европейските сили, които искаха да смажат революцията.
Амперът, келвинът и бенката също ще бъдат проверени
Британската компания Johnson Matthey, все още в експлоатация, внимателно полира 39-милиметров висок цилиндър, изработен от платина, така че теглото му да е възможно най-близко до това на литър вода. Оттогава тежестта се съхранява в камерата на BIPM заедно с шест копия. Теглото на оригинала и копията, повече от век по-късно, са мистериозно различни. "Не знаем дали някои набират маса, а други я губят, или точно за каква маса говорим", признава Милс. Разликата е толкова малка, че няма да предизвика битки между продавачи на плодове и клиенти, но ще предизвика научни дебати в лаборатории по целия свят и проблеми за студентите. "Целта на предефинирането не е да направи концепцията възможно най-опростена, а да зададе единица за маса, която да е възможно най-стабилна във времето", твърди Сток.
Причината за промяната е, че няма нищо по-стабилно, с което оригиналният килограм да бъде сравнен, за да се определи истинското му тегло. Тук се появява константата на Планк, неизменна стойност в природата, която ще се използва като референция за изразяване на стойността на килограмите. През 1983 г. за предефиниране на измервателния уред беше използвана друга постоянна природа - скоростта на светлината.
Има два начина за претегляне на килограмите с максимална точност. Единият е да се използва скала на мощността. От едната страна е килограмът, а от другата бобина, през която циркулират електрически токове, които възпроизвеждат константата на Планк, близка до, но не равна на теглото на електрона.
От петте скали, които съществуват в света (САЩ, Канада, Швейцария, Франция и BIPM), само американската досега е дала резултати. Другият начин е да се използва константата на Авогадро, която е броят на 12 атома въглерод в 12 грама от това вещество. Тъй като и на Планк, и на Авогадро са константи на природата, техните оценки на килограмите трябва да са еднакви, но не са.
„Разминаването е една част от десет милиона и целта не е да надвишава две или три части на сто милиона“, обобщава Милс. Това не е единственият проблем. Предефинирането се нуждае от допълнителни потвърждения от други експерименти, които няма да пристигнат за още две години, в случая на баланса на мощността, който използва Stock и други още по-точни тегла, които все още са в процес на изграждане.
Нобелова зала също призовава да бъдат претеглени повече копия на килограма, включително тези, използвани от компаниите, преди да бъде приета новата стойност. Като цяло процесът на предефиниране е в ход от 1976 г., според Stock. Много преди края, може би тази година, тримата пазители на килограма отново ще отворят камерата и ще вземат тежестта за ново претегляне, което може да даде нови изненади.
Тези, които се променят
Той отразява интензивността на електрически ток и е кръстен на физика Андре-Мари Ампер. Неговата величина се изразява в кулони в секунда, но сега искате да го изразите по отношение на електрическия заряд на електрон.
Къртицата иска да бъде предефинирана, за да изрази константата на Авогадро, чиято мерна единица е броят на въглеродните атоми 12, които съдържат 12 грама от това вещество. Бенката измерва количеството на веществото.
Създаден е от Уилям Томсън, първи барон Келвин, през 1848 г., на базата на градуса по Целзий, задавайки нулевата точка на -273,15 ° C. Сега искате да използвате константата на Болцман, която свързва енергията и температурата.
Тези, които остават
Той е преминал от измерване като функция на метална пръчка, запазена в BIPM, до изразяване като функция на константа на природата, която не се променя. Сега е разстоянието, което светлината изминава за период почти 300 милиона пъти по-кратък от една секунда.
Първите му определения се основават на движението на Земята по отношение на Слънцето. Той премина през дълъг и сложен процес на предефиниране, който завърши през 1967 г. с втори, изчислен според лунните цикли с атомен часовник.
Измерва интензивността на източника на светлина. Той е формулиран през 1949 г. въз основа на светлината, излъчвана от квадратен сантиметър чиста платина в твърдо състояние при температурата на точката на топене, разположена на 1,776 ° C.