Изменится килограмм и еще три базовые величины в системе СИ

Дата публикации: 16 ноября 2018 года в 21:08.
Категория: Общество.

Проходящая 13–16 ноября в Париже 26-я Генеральная конференция по мерам и весам, согласно планам, объявленным ещё в 2011 году, утвердила последнее обновление международной системы единиц (Le Système International d’Unités, СИ), ведущую свою историю с 1799 года. Сегодня она включает в себя 7 базовых величин: массу, длину, время, силу тока, температуру, количество вещества и силу света.

Прежде для этих единиц измерения существовали свои первичные эталоны, как, например, платиноиридиевый слиток в роли точной меры одного килограмма. С помощью этих образцов производилась калибровка измерительных приборов. Но так как эталон может со временем подвергаться изменениям характеристик вещества под влиянием внешних факторов, впоследствии произошёл переход к фундаментальным константам, неизменным для всего мироздания:

• килограмм определяется через постоянную Планка;
• метр — через скорость света в вакууме;
• секунда — через частоту сверхтонкого расщепления атома цезия;
• ампер — через элементарный электрический заряд (одного электрона);
• кельвин — через постоянную Больцмана;
• моль — через число Авогадро;
• кандела — световая эффективность монохроматического излучения частотой 540·10¹² Гц.

Платиноиридиевый цилиндр — эталон килограмма

Например, постоянная Планка, как переводный коэффициент, связывающий квантовую и традиционную системы единиц, до сих пор выражалась числом с остатком в периоде: h = 6,626 070 040(81) × 10⁻³⁴ Дж·c (м²·кг·с⁻¹). В результате ревизии СИ эталон килограмма будет изменён так, чтобы постоянная Планка была округлена до определённого числа: 6,626 070 15·10⁻³⁴ Дж·с. Точные значения получат ещё три физические величины: 

• элементарный электрический заряд e = 1,602 176 634·10⁻¹⁹ Кл;
• постоянная Больцмана k = 1,380 649·10⁻²³ Дж/К;
• число Авогадро N_A = 6,022 140 76·10²³ моль⁻¹.

Весы Kibble NIST-4 — прибор, измеряющий массу объекта силой электрического тока и напряжения (через постоянную Планка)

Изменения должны вступить в силу с мая 2019 года. Это позволит улучшить точность и упростить расчёты при использовании величин СИ. Прежде из-за бесконечности чисел приходилось вводить допущения, которые приводили к разночтениям. Конечно, всё это справедливо лишь для высокоточных и сложных расчётов с участием величин СИ. В обычной жизни никто не почувствует, что масса, сила тока, температура, количество вещества или другие производные от их величины получили новые значения.

«Измерения — это то, что переводит объекты физического мира в цифровые данные. От точности измерений зависит качество цифровых двойников реальных объектов. [Обновление СИ] позволит провести на самом высоком уровне точности самые разные работы, к примеру, с малыми массами, которые применяются, скажем, в фармацевтике, микроэлектронике и множестве других отраслей, где точность измерений — на первом месте», — пояснил в интервью РИА Новости Алексей Владимирович Абрамов, руководитель Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт), принимающего участие в работе международных консорциумов и комитетов.

Чтобы страна могла претендовать на лидерство в высокотехнологическом производстве, необходимо обладать парком оборудования, способного производить максимально точные измерения на основе фундаментальных величин. «Россия по своим измерительным возможностям, признанным на международном уровне, занимает второе место в мире, опережая многие экономически и технологически развитые страны», — отметил А. В. Абрамов, вместе с тем признав, что значительный парк измерительных устройств в России имеет иностранное происхождение из-за накопленного с советских времён отставания в развитии отечественной микроэлектроники.

Тем не менее, есть и передовые отечественные разработки: «Атомные или оптические часы на холодных атомах стронция, — разработка Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений Росстандарта. Они предназначены для наиболее точного воспроизведения единицы частоты — герца, а следовательно, и единицы времени — секунды», — сообщил А.В. Абрамов. Эта разработка, в частности, позволила увеличить точность работы спутниковой системы позиционирования ГЛОНАСС.

В ближайшие годы в России будет создан Национальный институт метрологии, который объединит научную и технологическую базу 7 подведомственных Росстандарту государственных научных метрологических институтов.