Скільки важить кілограм? Вчені досліджують цю, здавалося б, просту проблему вже сотні років.
У 1795 році у Франції було прийнято закон, який визначав «грам» як «абсолютну вагу води в кубі, об’єм якого дорівнює одній сотій метра за температури танення льоду (тобто 0°C)». У 1799 році вчені виявили, що об’єм води є найбільш стабільним, коли густина води найвища при 4°C, тому визначення кілограма змінилося на «масу 1 кубічного дециметра чистої води за температури 4°C». Це дало чистий платиновий оригінальний кілограм, кілограм визначається як рівний його масі, яка називається архівним кілограмом.
Цей архівний кілограм використовувався як еталон протягом 90 років. У 1889 році Перша Міжнародна конференція з метрології затвердила репліку зі сплаву платини та іридію, найближчу до архівного кілограма, як міжнародний оригінальний кілограм. Вага «кілограма» визначається циліндром зі сплаву платини та іридію (90% платини, 10% іридію), який має приблизно 39 мм у висоту та діаметр, і наразі зберігається у підвалі на околиці Парижа.
Міжнародний оригінальний кілограм
З епохи Просвітництва геодезична спільнота прагне створити універсальну систему геодезії. Хоча використання фізичного об'єкта як еталону вимірювання є цілком можливим, оскільки фізичний об'єкт легко пошкоджується техногенними або екологічними факторами, це впливає на його стабільність, і вимірювальна спільнота завжди хотіла якомога швидше відмовитися від цього методу.
Після того, як кілограм прийняв міжнародне оригінальне визначення кілограма, виникає питання, яке дуже непокоїть метрологів: наскільки стабільним є це визначення? Чи буде воно зміщуватися з часом?
Слід зазначити, що це питання було порушено на початку визначення одиниці маси кілограма. Наприклад, коли кілограм було визначено у 1889 році, Міжнародне бюро мір і ваг випустило 7 кілограмових гир зі сплаву платини та іридію, одна з яких є Міжнародним бюро мір і ваг. Оригінальний кілограм використовується для визначення одиниці маси кілограма, а інші 6 гир, виготовлені з того ж матеріалу та того ж процесу, використовуються як вторинні еталони для перевірки наявності дрейфу з часом між ними.
Водночас, з розвитком високоточних технологій, нам також потрібні стабільніші та точніші вимірювання. Тому було запропоновано план перевизначення міжнародної базової одиниці за допомогою фізичних констант. Використання констант для визначення одиниць вимірювання означає, що ці визначення відповідатимуть потребам наступного покоління наукових відкриттів.
Згідно з офіційними даними Міжнародного бюро мір і ваг, за 100 років, з 1889 по 2014 рік, стабільність якості інших оригінальних кілограмів та міжнародного оригінального кілограма змінилася приблизно на 50 мікрограмів. Це свідчить про наявність проблеми зі стабільністю фізичного еталона одиниці якості. Хоча зміна в 50 мікрограмів здається незначною, вона має великий вплив на деякі галузі промисловості високого класу.
Якщо основні фізичні константи використовувати для заміни фізичного еталону кілограм, стабільність одиниці маси не залежатиме від простору та часу. Тому у 2005 році Міжнародний комітет з мір і ваг розробив проект основи використання основних фізичних констант для визначення деяких основних одиниць Міжнародної системи одиниць. Рекомендується використовувати сталу Планка для визначення одиниці маси кілограма, а компетентні лабораторії національного рівня заохочуються до проведення відповідних наукових досліджень.
Тому на Міжнародній конференції з метрології 2018 року вчені проголосували за офіційне виведення з експлуатації міжнародного прототипу кілограма та змінили постійну Планка (символ h) як новий стандарт, щоб переосмислити «кг».
Час публікації: 05 березня 2021 р.