Преосмисляне на света на естествените научни есета в Австрийския форум
Международната система от единици се пренаписва. Килограмите, Келвин и Ко трябва да бъдат по-точни.
Снимано с любезно разрешение от Wiener Zeitung, 16 ноември 2018 г.
Кой може да успее да поддържа теглото си постоянно с месеци или дори години? Това дори не е възможно за оригиналния килограм - онзи малък платинен цилиндър в сейф в предградието на Париж Севр, който играе силно влиятелна роля в света на мерните единици в продължение на 129 години.
Съвсем скоро обаче ще можете да намалите стойността му до чисто пазарната стойност на метала. На обща конференция за теглилки и мерки представители от 60 държави искат да гласуват днес, петък, за нова система от единици. Промените ще засегнат не само килограма, но и амперажния ампер, количеството бенки на веществото и температурата на Келвин. Това предефиниране обаче няма да бъде забележимо на колбасните везни в супермаркета или телесните везни в собствената ви баня. Дори когато презареждаме мобилния си телефон.
Необходимите за ежедневието физически единици трябва да бъдат поставени на възможно най-стабилната основа - тази на естествените константи. Учебниците трябва да бъдат пренаписани. И на студентските въпроси вероятно вече няма да е толкова лесно да се отговори в бъдеще. „Какво е килограм?“ Ur-Kilo и Париж определено не са достъпни като входни източници.
За разлика от това, скоростта на светлината ще бъде обсъдена, както и зарядът на електрон и така нареченият планков квант на действие - величина от света на квантовата физика, която описва най-малката възможна единица енергия. Почти испанско село далеч от света на изроди от физиката. Там обаче вероятно ще накара сърцата да бият по-бързо, защото най-накрая е осигурена стабилност. Килограм (kg) - маса, метър (m) - дължина, секунда (и) - време, ампер (A) - интензитет на тока, Kelvin (K) - температура, mol (mol) - количество вещество, кандела (cd) - интензитет на светлината.
Естествени константи като поръчители #
Но как може да има някакви промени в теглото в първоначалния килограм? Въпреки че е поставен под карантина под няколко стъклени качулки в Международното бюро за теглилки и мерки (BIPM - Bureau International des Poids et Mesures) в Севър, металът трябва да се почиства от време на време. Въпреки щателното боравене, тънки слоеве въглеводороди биха се утаили на повърхността, обясняват експертите. Газовите включвания в метала, които постепенно избягват, от своя страна могат да причинят загуба на тегло.
Парижкият оригинал споделя тази съдба с много други копия. Около 100 държави имат свои национални килограми - включително Австрия. Това се съхранява във Федералната служба за метрология и геодезия във Виена, националния институт по метрология. И там през годините има следи от значителни промени.
Всичко започна през 1875 г. с международната конвенция за измерване. На 20 май 17 държави подписаха договор - „основан на желанието да се осигури международно обединение и усъвършенстване на метричната система“. С договора за измервателния уред беше решено оригиналният измервателен уред и оригиналният килограм да бъдат приети като мерна единица. Международната система от единици IS (Système International d’Unités) е въведена през 1960 година. От 2000 г. подписването на договора се отбелязва ежегодно на 20 май, деня на измерването.
На всеки четири години метрологичният свят се събира за глобално семейно събиране, за да определи насоките за следващите години на обща конференция за теглилките и мерките. Всички промени в системата от единици трябва не само да бъдат научно обосновани, но и да могат да постигнат консенсус по отношение на научната политика. Тъй като мерните единици, в които искаме да измерваме, не са просто елементи на малка научна група, а са по-скоро съществен инструмент за всяко действие и бизнес, според Physikalisch-Technische Bundesanstalt в Брауншвайг. Предпоставките и изискванията за нов SI вече са формулирани на няколко генерални конференции в миналото.
За да се предефинира килограмът въз основа на естествените константи, бяха използвани два основни експеримента: силициевата сфера (експеримент Avogadro) и баланса на вата. В бъдеще определен брой силициеви атоми биха могли да определят килограма. За целта се използват топки, изработени от силиций с висока чистота, чиято маса и обем трябва да бъдат определени възможно най-точно. Атомите седят в кристалната решетка на абсолютно еднакво разстояние един от друг. Това трябва да се измери, за да се разбере колко атома съставляват един килограм.
Ватният баланс дава възможност да се свърже килограмът с естествена константа, а именно константата на Планк h, с помощта на електрически единици. Тази константа е формулирана от германския физик Макс Планк около 1900 г., формира основата на квантовата физика и е един от най-важните природни закони във Вселената. Това може да се използва, за да се определи колко електрическа сила е необходима за претегляне на определена маса.
„Не е възможно да се каже коя от системите е предоставила по-точните измерени стойности досега“, подчерта Йенс Симон от PTB в Брауншвайг в четвъртък. Миналата година бяха публикувани общо четири измерени стойности от баланса на Ват и четири измерени стойности от различни силициеви сфери. "Целта беше при измерване да видим до осмата позиция зад десетичната запетая. Успяхме." Регламентите предвиждаха, че константата на Планк h, която ще определя килограма в бъдеще, трябва да бъде определена чрез два независими експеримента.
Кой метод ще замени оригиналния килограм, ще бъде решено на конференцията. Саймън обаче предполага, че както балансът на Ват, така и методът Авогадро със силициевите сфери ще заместят съвместно първоначалния килограм. Тогава щатите могат да изберат кой метод да използват, за да определят теглото в бъдеще.
Във всеки случай в ежедневието промените ще останат незабелязани. Според предефинирането везните в супермаркета ще претеглят всеки лист колбас по същия начин, както преди. Нито малката кръвна картина в медицинската лаборатория, нито голямата координатна измервателна машина в индустрията няма да дадат нови стойности, успокоява PTB. Сметката за ток няма да се промени, поне поради това. И на везните за баня, всеки един килограм остава същият, за огорчение на потребителя.
За всички времена #
Пренастройката на системата от единици IS, която най-накрая трябва да влезе в сила на 20 май 2019 г., Световния ден на метрологията, означава край на зависимостта от артефакти, подчертава в коментар директорът на BIPM Мартин Милтън. Той говори за исторически крайъгълен камък, който метрологичният свят вече е в състояние да изпълни. Учените от цял свят вероятно ще знаят как да отпразнуват тази фундаментална промяна в света на физиката.