Сколько стоит килограмм?
Оказывается, никто не может сказать наверняка, по крайней мере, так, чтобы это не изменилось со временем. Официальный килограмм - цилиндр, отлитый 118 лет назад из платины и иридия и известный как международный килограмм-прототип или «Le Gran K», - теряет массу, около 50 микрограммов при последней проверке. Изменение происходит, несмотря на тщательное хранение на объекте под Парижем.
Это не очень хорошо для стандарта, от которого мир зависит, чтобы определить массу.
Теперь два американских профессора - физик и математик - говорят, что пришло время определить килограмм новым и более элегантным способом, который будет таким же сегодня, завтра и через 118 лет. Они запустили кампанию, направленную на переопределение килограмма как массы очень большого, но точно определенного числа атомов углерода-12.
«Наш стандарт устранит необходимость в физическом артефакте для определения того, что такое килограмм», - сказал Рональд Ф. Фокс, почетный профессор Школы физики Технологического института Джорджии. «Нам нужно что-то логически очень простое для понимания».
Их предложение состоит в том, что грамм - 1/1000 часть килограмма - отныне будет определяться как масса ровно 18 x 14074481 (в кубе) атомов углерода-12.
Предложение, сделанное Фоксом и Теодором П. Хиллом - почетным профессором Технической школы математики Джорджии - сначала присваивает определенное значение константе Авогадро. Предложенная в 1800-х годах итальянским ученым Амедео Авогадро константа представляет собой количество атомов или молекул в одном моле чистого вещества - например, количество атомов углерода-12 в 12 граммах элемента. Однако постоянная Авогадро не является конкретным числом; это диапазон значений, которые могут быть определены экспериментально, но с недостаточной точностью, чтобы быть одним числом.
Вдохновленные полусерьезным вопросом Хилла о том, является ли постоянная Авогадро четным или нечетным числом, осенью 2006 года Фокс и Хилл представили в Physics Archives статью, в которой они предложили присвоить константе конкретное число - единицу. около 10 возможных значений в пределах экспериментального диапазона. Авторы указали, что точная постоянная Авогадро также может точно переопределить меру массы, килограмм.
Их предложение привлекло внимание редакторов журнала American Scientist, которые запросили более длинную статью, опубликованную в марте 2007 года. На данный момент предложение получило пять писем, в том числе одно от Пола Дж. Кароль, председатель Комитета по номенклатуре, терминологии и символике Американского химического общества. Кароль поддержал это предложение и предложил сделать число делящимся на 12, что Фокс и Хилл сделали в приложении, изменив последнюю цифру своего числа с 8 на 6. Таким образом, новое предложение для константы Авогадро стало 84446886 (в кубе), все еще в пределах диапазон допустимых значений.
Перенесемся в сентябрь 2007 года, когда Фокс прочитал статью Associated Press на веб-сайте CNN.com об исчезновении массы из килограмма международного прототипа. В то время как AP заявило, что недостающая масса составляет не более «веса отпечатка пальца», Фокс утверждает, что это количество может быть значительным в мире, который измеряет время в ультрасубнаносекундах, а длину - в ультрасубнанометрах.
Итак, Фокс и Хилл опубликовали еще одну статью в Physics Archive, в которой предлагалось переопределить грамм как 1/12 массы моля углерода-12 - моль, долгое время определяемый как число атомов Авоградо. Теперь они надеются вызвать больший интерес к своей идее, которая может оказаться конкурсом предложений по стандартам, ведущим к встрече Международного комитета мер и весов в 2011 году.
Обсуждаются как минимум еще два предложения по изменению определения килограмма. Они включают замену платино-иридиевого цилиндра сферой из атомов чистого кремния и использование устройства, известного как «весы ватт», для определения килограмма с использованием электромагнитной энергии. Оба будут предлагать улучшения по сравнению с существующим стандартом, но не будут такими простыми, как предложили Фокс и Хилл, и не будут точными, говорят они.
«Использование идеального числового куба для определения этих констант дает тот же уровень значимости - восемь или девять цифр - что и в тех целых числах, которые определяют секунду и скорость света», - сказал Хилл. «Чисто математическое определение килограмма экспериментально нейтрально - исследователи могут использовать любой лабораторный метод, который им нужен, для аппроксимации точных масс."
Килограмм является последним основным стандартом, определяемым физическим артефактом, а не фундаментальным физическим свойством. В 1983 году, например, расстояние, представленное в метре, было переопределено расстоянием, которое проходит свет за 1/299 792 458 секунд, заменив металлическую палочку двумя отметками на ней.
«Мы подозреваем, что по этому вопросу будут какие-то публичные дебаты», - сказал Фокс. «Мы хотим, чтобы ученые, преподаватели естественных наук и другие люди задумались над этой проблемой, потому что мы думаем, что они могут оказать влияние. Общественное обсуждение может сыграть важную роль в определении того, как определяется одна из основных мировых физических констант».
Насколько важен этот вопрос для будущего мирового технологического развития"
«Когда вы проводите физические и химические измерения, важно иметь как можно более высокую точность, и эти стандарты действительно определяют пределы точности», - сказал Фокс. «Отсутствие точного стандарта приводит к некоторой непоследовательности в том, как вы формулируете результаты. Наличие уникального стандарта могло бы устранить это».
Хотя новое определение избавит от необходимости в физическом представлении массы, Фокс говорит, что люди, которым нужен физический артефакт, все еще могут иметь его, хотя углерод не может на самом деле сформировать идеальный куб с правильным количеством частиц. атомы. И его создание может занять некоторое время.
«Вы можете представить себе, что у вас есть кусок материи, в котором на самом деле содержится точно нужное количество атомов», - заметил Фокс. «Если бы вы могли построить его с помощью какого-то процесса самосборки - а не строить его атом за атомом, что заняло бы несколько миллиардов лет - вы могли бы получить новый килограммовый артефакт из углерода. Но на самом деле в этом нет необходимости. что даже если вы наберете идеальный килограмм, он сразу же станет неточным, как только один атом будет отброшен или поглощен».