Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2003 № 10

Публикацию подготовил В.ЧЕТВЕРГОВ

С традиционным эталоном массы, хранящемся в Международном бюро мер и весов под Парижем… возникли осложнения. Как свидетельствуют ученые-метрологи, по непонятным причинам он стал легче.

Этот факт взволновал едва ли не весь научный мир: что же это за эталон, который сегодня имеет один вес, а завтра другой! Могут «поплыть» все константы! Под угрозой научные знания, наработанные человечеством за прошедшие века. Эта сенсация, опубликованная в газете «Нью-йорк тайме», тут же облетела весь мир. О «похудевшем» эталоне заговорили многие теле- и радиостанции, печатные и электронные СМИ. Но насколько серьезна проблема?

Представьте, что изготовить эталон килограмма поручено именно вам. С чего начать?

Чтобы задача не походила на сказочную — «Поди туда, не знаю куда…» — даем подсказку: эталоном килограмма в свое время решили считать вес 1 литра воды.

Итак, берем воду — и сразу вопрос: какую? Как известно, масса воды зависит от количества содержащихся в ней солей, изотопов водорода и кислорода и прочих примесей. Что ж, допустим, многократной перегонкой вы получите дистиллированную воду высочайшей чистоты. Но какая-то часть солей в ней все равно останется. Какая именно — удастся узнать лишь с определенным допуском — нет у человечества еще абсолютных методов анализа.

Далее. Плотность воды зависит от температуры. Наиболее тяжелой вода становится при +4 °C. Так что вам нужно выдержать температуру с невероятно высокой точностью, а как эту температуру измерить?

Наконец, нам необходимо с величайшей точностью отмерить этот самый литр. Как? Изготовить строго откалиброванную емкость — тоже проблема. И все же пробуем. Допустим, вы решили сделать ее цилиндрической.

Но объем цилиндра, как известно, равен площади окружности дна, умноженной на высоту.

Площадь окружности определяется через «пи» — величину, равную 3,14142… Далее следует длиннейшая череда знаков, уточняющая эту величину, и просчитать ее можно хоть до бесконечности, но какой смысл, если высоту цилиндра не измерить точно? Эталон метра — пусть даже самая точная в мире линейка, которой вы будете мерить, — тоже изготовлен с определенными допусками…

Добавим к этому, что на плотность воды влияет еще и атмосферное давление, поверхность ее не идеально ровная, и у стенок сосуда образуется мениск, а сила гравитации в различных регионах планеты разная…

В общем, эталон килограмма — платиново-иридиевый цилиндр диаметром 39 мм и такой же высоты, отлитый в Великобритании в 1889 году, — трудно всерьез считать эталоном.

А если при этом учесть, что изменение его веса составило всего 50 микрограммов — вес мельчайшей крупинки соли, — станет ясно, что физическим константам ничего не грозит, да и с наукой ничего не случится.

Это подтверждают и наши специалисты.

Руководитель лаборатории государственного стандарта массы Всероссийского научно-исследовательского института метрологии имени Д.И. Менделеева (ВНИИМа), что в Санкт-Петербурге, Виктор Савельевич Снегов, полагает, что поднявшаяся шумиха не имеет практического значения. «Конечно, хотелось бы для порядка привести эталон массы к современному виду, такому же, например, как эталон метра, — сказал он. — Этим, кстати, специалисты занимаются уже более двух десятков лет, и до сих пор никакой сенсацией тут не пахло».

Здесь требуются, пожалуй, кое-какие пояснения. Действительно, килограмм — единственная базовая мера, сохраняющая материальный эталон, принятый еще в XIX веке. За это время эталон метра, например, первоначально базировавшийся на длине земной окружности, и определение секунды, отсчитывавшейся некогда как определенная доля суток, уже приведены к практически более удобным показателям.

Так, метром теперь считается длина пробега светового луча в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды. А секундой является промежуток времени, за который атом цезия совершает 9 192 631 770 колебаний. И новый метр, и новая секунда могут быть измерены с исключительной точностью, воспроизведены в любом месте с помощью специально разработанной аппаратуры.

А вот с килограммом получилось так. Отмерив однажды худо-бедно массу литра воды, метрологи тут же заказали английскому ювелиру его металлический аналог. Он и изготовил согласно данным ему инструкциям платиново-иридиевый цилиндр, о котором сказано выше.