Прощавай, килограм!

Единицата мярка за маса безнадеждно остаря. В понеделник, 20 май, влиза в сила нова дефиниция за килограм, стандартната единица маса, използвана в целия свят. И въпреки че това по никакъв начин няма да повлияе на нашето ежедневие, тази стъпка ще има огромно значение за света на науката и индустрията, където се изискват изключително прецизни измервания, съобщава Би Би Си.

Килограмът е една от седемте основни единици на международната измервателна система (SI). Дефинициите на четири от тях – самия килограм, както и ампера (измерва силата на тока), келвина (температурата) и мола (количеството вещества) – бяха преразгледани на Генералната конференция по мерки и измервателни уреди, която се проведе в края на миналата година във Версай, край Париж.

Оригиналният килограм

До днес килограмът бе последната и единствената единица в SI, която се дефинираше чрез конкретен предмет, а не чрез фундаментална физическа характеристика, която да може да се възпроизведе в различни лаборатории. Официалната дефиниция, приета през 1901 г., звучи така:

„Килограм е единица маса, равна на масата на международния прототип на килограма”.

Международният прототип е 4-сантиметров цилиндър, състоящ се от 90% платина и 10% иридий. Той е произведен в Лондон и от 1889 г. се съхранява в Международното бюро за измерване на теглото в град Севър, близо до Париж.

Но физическите обекти могат да губят атоми (чрез изпарение) или, напротив, да абсорбират молекули от околния въздух, така че през последния век масата на стандарта се е променила с няколко десетки микрограма. Това означава, че всички останали килограмни прототипи, които калибрират мащабите по света, строго погледнато, не са идеално точни.

Такива незначителни отклонения нямат значение в нашия обичаен живот, но представляват огромен проблем при точните научни изчисления.

„Ако някога на Земята пристигнат гости от други планети, за какво ще разговаряме, ако не за физика? Но за да говорим за физиката, ще трябва да се споразумеем за общи мерни единици. И ако им кажем, че в основата на нашето определение за единица маса стои метална гиричка, съхранявана в Париж, цялата Вселена ще ни се смее“, казва Стивън Шламминг, представител на Американския националния институт за стандарти и технологии, в навечерието на гласуването.

Новият килограм

Като цяло, гласуването на Генералната конференция по мерките и теглилките през ноември миналата година е било формално: разгорещените дебати са приключили по-рано (няколко държави са предлагали алтернативни определения) – решението е било договорено предварително.

От днес и занапред килограмът вече се определя – казано просто – чрез количеството електромагнитна енергия, необходимо за балансиране на обекта със съответната маса. Референтният еталон ще бъде заменен от електрически ток и напрежение.

Тези величини, за разлика от физическия обект, не могат да се изменят или изгубят. Освен това, днес учените по целия свят могат да мерят точно, а не само тези, което имат достъп до парижкия еталон или негово копие.

Според Теодор Янсен, ръководител на британската Национална физическа лаборатория, отговаряща за измервателните стандарти, днешният ден е повратен момент в историята на физиката.

„Сега всички единици SI ще се основават на фундаментални природни константи – вечни, неизменни величини – обяснява той. — Това ще позволи много по-точни измервания и ще укрепи основите на науката като цяло.”

За целта ще се използва формулата E=hv, където h e константата на Планк, свързваща енергията на електромагнитна вълна Е с нейната честота v и фундаменталното правило на квантовата механика, че масата и енергията са еквивалентни.