Цифровой килограмм
6 минут
07 декабря 2018
Еще не отгремели возмущения россиян относительно всеобщего и принудительного отключения аналогового телевидения в связи с переходом на цифровое, как из Парижа приходят вести еще более тревожные — эталонный килограмм переводят туда же, то есть в цифру. Переводчик и редактор Петр ФАВОРОВ задумался об уходящих аналоговых эталонах и пришел к выводу: все обойдется.
В небольшом французском городке Севр под Парижем стоит особняк XVII века, в подвале которого под тремя стеклянными колпаками уже почти полторы сотни лет хранится цилиндрический слиток из сплава платины и иридия размером примерно с мужской кулак. Нечасто, подчиняясь строгому графику, в подвал спускаются трое обладателей ключей от хранилища, под присмотром которых несколько лаборантов совершают самым тщательным образом прописанный ритуал чистки таинственного слитка: его протирают замшей, смоченной в смеси спирта и эфира, а потом держат над кипящей баней, заполненной дважды дистиллированной водой. Примерно раз в полвека во Францию свозят еще около 100 похожих слитков из разных стран мира, чтобы путем точнейшего взвешивания определить накопившуюся за это время разницу в массе между каждым из них и тем, который хранится тут.
Все дело в том, что слиток в подвале Международного бюро мер и весов — это всемирный эталон килограмма. Про него нельзя сказать: «Масса этого куска металла равняется килограмму». Масса этого куска металла и есть килограмм, потому что никакого иного определения килограмма у нас нет. Точнее, не было до ноября 2018 года, но об этом чуть ниже. Начать следует с того, что в разгар Великой французской революции ученые решили отказаться от нелепых и разнящихся между собой единиц измерения вроде одного королевского локтя (исходно реального локтя реального короля) и перешли к объективным величинам: определенной доле длины парижского меридиана (метру), строго рассчитанной части суток (секунде), массе литра воды из Сены (килограмму) и так далее. С тех пор в Сене утекло немало воды, и принятая во всем мире Международная система единиц определяет свои основные величины куда более строгим физическим образом.
Скажем, секунда в наше время — это ни больше ни меньше интервал, за который атом цезия может (и даже обязан!) 9 192 631 770 раз перейти из одного квантового состояния  в другое при абсолютном температурном нуле. Метр — это длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 секунды, но для удобства (и чтобы избавиться от наличия в определении метра секунд) вы можете взять гелий-неоновый лазер, измерить длину волны излучаемого им света и перемножить ее на 1579800.298728. Так и так вы с огромной точностью получите один метр, который до этого определялся как длина такого же платино-иридиевого стержня в том же французском подвале. И только килограмм по-прежнему оставался конкретным куском металла, отказываясь становиться абстрактной идеей, которую можно воспроизвести если не в домашнем, то в научном хозяйстве.
И вот наконец только что завершившаяся XXVI Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение килограмма — и оно оказалось довольно непростым, не сравнить с метром или секундой. Каким образом единица измерения массы следует из точной фиксации численного значения постоянной Планка, вроде бы связывающей величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой, поймут только люди с высшим естественно-научным образованием, да и то не сразу. Для всех остальных достаточно знать, что за последние несколько десятков лет ученые научились строить сложнейшие приборы, получившие в честь британского физика Брайана Киббла название весов Киббла — там на одной чаше лежат обычные гири, а другую тянет вниз магнитное поле, созданное электрическим током, — и вот эти самые весы как раз и связывают с достаточной точностью килограмм со всякими электромагнитными явлениями.
В общем, знакомая нам всем теперь история: была вещь, которую можно было подержать в руках, почувствовать, хотя бы представить — а получили формулу, абстракцию, очередное неизвестно что хранящееся в каком-нибудь цифровом облаке. Вот в наше время был килограмм так килограмм. Бывало, купишь в магазине мешок сахара — сколько с ним варенья можно сварить! А тут какая-то постоянная какого-то Планка, тьфу на него, да еще определенная с точностью до восьмого знака после запятой.
Тем не менее ноябрьская реформа килограмма имеет немало положительных сторон — помимо глубокого удовлетворения, которое любой физик испытает от того, что его любимые формулы больше не подразумевают отсылок к такому нефундаментальному явлению, как конкретный платиново-иридиевый цилиндр, хранящийся где-то под Парижем. Скажем, международный эталон, как бы аккуратно с ним ни обращались, немного царапался с течением десятилетий и к тому же впитывал в себя кое-какие атмосферные загрязнения, чем ставил под угрозу стабильность всей системы СИ. Хуже того — разница в массе между ним и разосланными по континентам вторичными эталонами отчего-то нарастала, а специалисты, сколько ни бились, так и не смогли определить, в чем причина этого процесса. Что, в свою очередь, приводило к тому, что килограмм в Бразилии все больше (скажем, на 10 микрограммов, то есть на 1/500 000 долю массы чайной ложки воды) отличался от килограмма в России — 100 лет назад такая разница никого бы не волновала, но в эпоху глобализации это может оказаться критично. И потом, если бы особняк в Севре, скажем, сгорел и эталонный цилиндр расплавился, в мире не осталось бы килограмма как факта, потому что 100 копий никак не заменили бы тут один подлинник.
В общем, как и с любой цифровизацией, в этом во всем, вероятно, больше пользы, чем вреда, как бы грустно нам ни было от расставания с материальностью многих явлений — и при том разницы за пределами самых таинственных физических лабораторий, по сути, никто не заметит. Да, теперь масса севрского эталона лишь приблизительно равна килограмму, а постоянная Планка совершенно точно зафиксирована как 6.62607015×10−34. Но ничего, как-нибудь переживем и это — и не с такими проблемами справлялись.
И даже пользу в этом определенную находили, кстати. Вот закрывают наше теплое ламповое аналоговое телевидение — прямо антенный штекер из ящика выдергивают. Казалось бы, караул! Но проходит немного времени, и выясняется, что каналов стало не 10—15, а многие десятки, и что каждый может теперь найти для себя что-то интересное, вместо того чтобы всем смотреть одно и то же. Похожая история и с книгами — жалко, конечно, бумагу, но в прежних книгах шрифт не увеличишь, чтобы очки не менять. А килограмм? Ну что килограмм... В конце концов, много ли заботы обычному человеку об определении единицы массы, если он от этого не потолстеет? А ведь он, как пел Винни Пух, толстеть не станет ни за что.
Подписывайтесь и читайте полезные статьи
Поделиться:
Оцените эту статью
Расскажите, что вам понравилось, а что нужно улучшить?
0 /300