Наука и жизнь, 1999 № 01

Хранится российский эталон длины во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии имени Д. И. Менделеева в Петербурге. Основные части его – источник оптического излучения с известной длиной волны (лазер) и интерферометр – прибор, с помощью которого подсчитывают число волн на проверяемом образце.

Государственный первичный эталон единицы. силы.

Современные эталоны – это, как правило, сложные аппаратурные комплексы. А эталон массы был и остается гирей – платиново-иридиевой «образца 1889 года» (именно тогда Международное бюро мер и весов изготовило 42 эталона килограмма). Сущность самой измерительной операции также осталась прежней и сводится к сравнению двух масс при взвешивании. Конечно, изобретены сверхчувствительные весы, растет точность взвешивания, благодаря которой появляются новые научные открытия (так, например, были открыты аргон и другие инертные газы), но все же эталон массы – это источник головной боли для метрологов всего мира.

Килограмм никак не связан ни с физическими константами, ни с какими-либо природными явлениями. Поэтому эталон берегут тщательнее, чем зеницу ока – в буквальном смысле не дают пылинке на него сесть, ведь пылинка – это уже несколько делений на чувствительных весах. Международный прототип эталона достают из хранилища не чаще одного раза в пятнадцать лет, российский – раз в пять лет. Все работы ведутся со вторичными эталонами (только их допускается сравнивать с основным), от вторичного эталона значение массы передается рабочим эталонам, от них – к образцовым наборам гирь.

Проходят годы, и эталон килограмма худеет или полнеет. Определить, что именно с ним происходит, принципиально невозможно – здесь плохую услугу оказывает одинаковость всех эталонов массы. Поэтому во многих метрологических лабораториях мира ведутся интенсивные поиски новых путей создания и определения эталона килограмма. Например, есть идея привязать его к вольту и ому, единицам измерения электрических величин, и взвесить с помощью эталона единицы силы тока – ампер- весов. Теоретически можно представить себе эталон килограмма в виде идеального кристалла, содержащего известное число атомов определенного химического элемента (точнее – одного его изотопа). Но способы выращивания таких кристаллов пока не известны.

Словом, мы, возможно, стоим на пороге революционного открытия в метрологии. Но пока «капризный килограмм» требует к себе большого почтения. Эталонные весы во ВНИИМ им. Д. И. Менделеева установлены на специальном фундаменте в 700 тонн, не связанном со стенами здания, чтобы исключить влияние вибраций. Температура в помещении, где за сутки на весы устанавливаются две килограммовые гири, поддерживается с точностью до 0,01°С, а все операции ведутся из соседней комнаты с помощью манипуляторов. Погрешность эталона массы России не превышает + 0.002 мг.

Первичный эталон плотности и потока нейтронов окружен графитовым шаром.

Создание и эксплуатация эталонов требуют и больших сооружений, и больших затрат. Мы уже говорили о многотонном фундаменте эталона килограмма, не менее «легкий» фундамент и у радиооптического моста эталона времени. При эталоне метра «состоит» пятидесятиметровый интерферометр для поверки мерных проволок и рулеток, при эталоне звукового давления в воде – гидроакустический бассейн с 360 тоннами деаэрированной («безвоздушной» – без растворенного воздуха) воды. Эталон единицы плотности потока нейтронов окружен массивными бетонными стенами; эталоны напряженности электрического и магнитного полей размещаются в больших залах, оборудованных специальными поглощающими покрытиями. Уникальное помехозащитное оборудование для испытаний включает наземный фундамент в 2500 тонн, подвешенный на пружинах.

Итак, точность обходится недешево. И все же разница в погрешности между отдельными видами эталонов колоссальная – от 5 10 14 до 2,5 10 3 , то есть в сто миллиардов раз. Почему? Во-первых, никто не занимается уменьшением погрешности эталонов, исходя только из научной любознательности – все определяют запросы науки и техники. Именно поэтому могут существовать уникальные экспериментальные установки, погрешность которых (во время эксперимента) меньше, чем у некоторых государственных эталонов. Со временем на базе таких установок создаются госэталоны нового поколения.