Тема на килограмм. Часть I

Физики убеждены: сегодня эталон килограмма весит иначе, чем он весил в 1899 году!
Но вот насколько велико различие, ученые сказать затрудняются.

Сколько весит килограмм?

Странный вопрос, не правда ли? Килограмм, он и в Африке килограмм! Однако не всё так просто, как кажется на первый взгляд. Начну рассказ издалека: более века назад, а точнее, в 1889 году люди договорились о том, что килограммом будет считаться масса небольшого – размером с современную упаковку йогурта – цилиндра из платина-иридиевого сплава, устойчивого к окислению, а потому весьма долговечного.

*

С той самой поры эталонный килограмм со всеми необходимыми мерами предосторожности (под тремя стеклянными колпаками, чтобы ни одна пылинка не проникла!) хранится в Международном бюро мер и весов, штаб-квартира которого располагается в городе Севр, под Парижем.

Одновременно с международным эталоном во Франции были отлиты шесть его копий, впоследствии их число достигло нескольких десятков, и каждую берегли как зеницу ока. С тех пор, если возникало сомнение, всегда можно было проверить, соответствует ли международному стандарту масса, принятая в какой-нибудь стране за образец килограмма.

Однако

Ровно двадцать лет тому назад приключился конфуз. Метрологи - специалисты по всякого рода измерениям - достали из-под колпака платина-иридиевый цилиндр, чтобы сравнить его с копиями, разбросанными по всему свету, и к своему ужасу обнаружили, что большинство копий оказались на несколько десятков микрограммов тяжелее эталона. Большинство, но не все, так как остальные, наоборот … чуть заметно полегчали!

В принципе результат вполне предсказуемый. Неважно, что специалисты холили и лелеяли эталонные килограммы: как ни старайся, а за век с лишним стопроцентную сохранность всё равно не обеспечишь. Вот примчится, скажем, из космоса какая-нибудь микрочастица и выбьет горстку атомов из драгоценного суперкилограмма. Или же несколько посторонних озорных молекул (например, от чистящего средства) сумеют проникнуть в невидимые человеческому глазу трещины на поверхности. И даже не поймешь: то ли копии потяжелели, то ли эталон полегчал, то ли все они потяжелели и полегчали, но в разных соотношениях.

*

Короче говоря, полный хаос! Разумеется, разница между килограммом 1889 года измеренным недавно, совсем микроскопическая, в несколько десятков микрограммов, не более. Тем не менее ситуация всерьез беспокоит физиков, химиков и инженеров. Как определить массу тех или иных тел во Вселенной, если не знать массу эталонного килограмма с точностью до одной миллиардной? Тут никакие, даже самые совершенные измерительные приборы не помогут.

Судьба градуированной линейки

Проблема с единицами мер возникает не впервые, и, к счастью, у нее есть решения. Возьмем, к примеру, метр. В 1889 году, он, подобно килограмму, получил материальное воплощение: им стала платина-иридиевая линейка, также помещенная на хранение в Международное бюро мер и весов. Эталонному метру соответствует расстояние между двумя рисками на этой линейке, измеренное при температуре 0 градусов по Цельсию.

Температура указана не случайно, так как размер любого тела меняется с изменением температуры. И, хотя платина-иридиевый сплав под воздействием тепла расширяется очень и очень слабо, уже то, что нельзя с предельной точностью определить температуру линейки, порождает сомнения в истинной длине эталонного метра.

А кого может смутить погрешность плюс-минус 0,2 микрометра на метр длины? Разумеется, только физиков. Еще в 70-е годы прошлого века специалисты, занятые измерением скорости света, вдруг поняли, что отныне все дальнейшие эксперименты не имеют смысла. Последние опыты этих ученых показывали, что свет за секунду преодолевает 299 792 456,2 метра, ± 1,1 м.

То есть погрешность измерений составила 0,0000004%. Добиваться большей точности стало просто невозможно, поскольку погрешность в определении длины эталонного метра оказалась более тех самых 0,0000004%. Иными словами, ученые оказались в положении человека, пытающегося определить точную температуру на улице с помощью термометра, «врущего» на десяток градусов …

Продолжение следует