Юный техник, 2003 № 10

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».

Эталоны «виртуальные» и материальные

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.

Всего было сделано несколько десятков копий килограммового эталона. Они были распределены по одному экземпляру между странами — участницами международного соглашения.

И долгое время никто не видел особой практической надобности в изменении эталона. Хотя теоретически, конечно, хотелось бы иметь также «виртуальный» эталон килограмма, который можно было бы, подобно метру и секунде, воспроизводить с высокой точностью и без особых хлопот. А их пока хватает.

Для контрольного взвешивания того эталона, что хранится в нашей стране, например, пришлось сконструировать и построить специальные весы, которые находятся в строго контролируемом хранилище на фундаменте в 700 т, чтобы исключить по возможности влияние посторонних толчков и вибраций. Причем в помещении выдерживается температура с точностью до 0,01 °C, а процедуру взвешивания ведут дистанционно, с помощью манипуляторов. Человек с массой в 80 кг и температурой 36,6 °C способен серьезно нарушить точность показаний эталонных весов, обычно работающих с допуском плюс-минус 0,002 мг.

Кроме того, с течением времени, как уже говорилось, эталон килограмма то худеет, то полнеет. А стало быть, наблюдается некий непорядок, чего метрологи терпеть не могут. Вот и хотят избавиться от материального эталона, заменив его «виртуальным».

Круглее круглого