Метрологи обновили четыре базовые единицы измерений

По решению Генеральной конференции по мерам и весам с 20 мая 2019 года учёные обновили четыре базовые единицы измерений: килограмм, ампер, кельвин и моль. Теперь они определяются через универсальный коэффициент — постоянную Планка. Известный парижский платиново-иридиевый цилиндр отныне не является международным эталоном килограмма. Большинство людей этого не заметят, однако для учёных обновлённая система измерений открывает новые возможности, считают специалисты. Дата переопределения величин приурочена к Всемирному дню метрологии.

Кремниевая сфера весом в один килограмм и копия Парижского эталона 1 кг в Немецком музее науки и техники в Мюнхене Gettyimages.ru © Sven Hoppe / dpa

Решением межправительственной Генеральной конференции в Международном бюро мер и весов с 20 мая обновлена система измерений. Этому событию посвящена статья, опубликованная в Los Angeles Times.

Метрологи отказались от устаревших материальных эталонов и привязали величины к универсальному коэффициенту — постоянной Планка (эта фундаментальная физическая константа квантовой теории связывает величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой). Знаменитый парижский эталон килограмма Le Grand K, использовавшийся с 1889 года, и его копии по всему миру превратились в исторические артефакты и утратили своё первоначальное значение для Международной системы единиц (СИ). Переопределение единиц измерения приурочено к Всемирному дню метрологии, который отмечается 20 мая.

Учёные на протяжении нескольких десятилетий производят постепенную реформу СИ. Эта система была принята в 1960 году и определила семь основных единиц измерений: килограмм, метр, секунду, ампер, кельвин, моль и канделу. В этом году пришло время официального переопределения для четырёх из них: килограмма, моля (измеряющего количество вещества), ампера (единицы электрического разряда) и кельвина (который определяет термодинамическую температуру).

Самой проблемной единицей для учёных был килограмм, потому что его материальный эталон XIX века из платины и иридия год за годом терял массу. За прошедшие 130 лет Le Grand K уменьшился приблизительно на 50 микрограмм.

Для решения задачи метрологи обратились к квантовой физике. Сложный и постоянно совершенствующийся прибор под названием весы Киббла был изобретён для установления соотношения между массой и электрической мощностью ещё в 1970-х годах. Однако только в XXI веке учёные смогли модернизировать его настолько, что он «научился» производить измерения величины постоянной Планка с высокой точностью. Привязка стандартных единиц измерения к этому неизменному коэффициенту во Вселенной позволила рассчитать идеальные эталоны и определить их постоянные значения.

Весы Киббла, вариант NIST-4 © nist.gov

Метрологи уверены, что переопределение килограмма, моля, ампера и кельвина представляет собой переломный момент для всего человечества.

«Способность проводить всё более точные измерения — неотъемлемая часть развития нашего вида», — считает директор NIST, метролог Уолтер Копан.

При этом для большинства жителей планеты изменения системы измерений будут абсолютно незаметны, уверены метрологи. Применение неизменных математических эталонов коснётся учёных, которые занимаются физикой.

«Отныне учёные ориентируются не на гирьку из платины и иридия в Париже, а на законы физики», — заявил Ян Робинсон, исследователь американской Национальной физической лаборатории.