2018 жылды метрологияда тағдырлы жыл деп атауға болады, өйткені бұл SI физикалық шама бірліктерінің халықаралық жүйесінде нағыз технологиялық революцияның уақыты. Бұл негізгі физикалық шамалардың анықтамаларын қайта қарау туралы. Супермаркеттегі бір келі картоп енді жаңа әдіспен өлшенеді ме? C картоп бірдей болады. Тағы бір нәрсе өзгереді.
SI жүйесіне дейін
Өлшемдер мен салмақтардағы ортақ стандарттар ежелгі дәуірде қажет болды. Бірақ өлшеудің жалпы ережелері ғылыми-техникалық прогрестің пайда болуымен ерекше қажет болды. Ғалымдар ортақ тілде сөйлеу керек болды: бір аяқ неше сантиметр? Ал итальян тілімен бірдей болмаса, Франциядағы сантиметр қандай?
Францияны құрметті ардагер және тарихи метрологиялық шайқастардың жеңімпазы деп атауға болады. Дәл 1791 жылы Францияда өлшеу жүйесі ресми түрде бекітілді және олардыңбірліктері және негізгі физикалық шамалардың анықтамалары мемлекеттік құжаттар ретінде сипатталып, бекітілді.
Физикалық шамаларды табиғи объектілермен байланыстыру керектігін бірінші болып француздар түсінді. Мысалы, бір метр солтүстіктен оңтүстікке қарай экваторға қарай меридиан ұзындығының 1/40 000 000 бөлігі ретінде сипатталған. Осылайша ол Жердің өлшеміне байланған.
Бір грамм табиғат құбылыстарына да байланысты: ол нөлге жақын температура деңгейінде (мұздың еруі) текше сантиметрдегі судың массасы ретінде анықталды.
Бірақ, белгілі болғандай, Жер мінсіз шар емес, текшедегі судың құрамында қоспалар болса, әртүрлі қасиеттер болуы мүмкін. Сондықтан планетаның әртүрлі бөліктеріндегі бұл мөлшерлердің өлшемдері бір-бірінен аздап ерекшеленеді.
19 ғасырдың басында математик Карл Гаусс бастаған немістер кәсіпке кірісті. Ол сантиметр-грамм-секунд өлшемдер жүйесін жаңартуды ұсынды, содан бері метрикалық бірліктер әлемге, ғылымға еніп, халықаралық қоғамдастық мойындады, физикалық шама бірліктерінің халықаралық жүйесі қалыптасты.
Меридиан ұзындығы мен текше судың массасын Париждегі өлшемдер мен өлшемдер бюросында сақталған эталондармен ауыстыру, көшірмелерін метрикаға қатысушы елдерге тарату туралы шешім қабылданды. конвенция.
Килограмм, мысалы, платина мен иридий қорытпасынан жасалған цилиндрге ұқсады, ол да соңында идеалды шешім бола алмады.
Физикалық шама бірліктерінің халықаралық жүйесі SI 1960 ж. Алғашында оған алты адам кірдінегізгі шамалар: метр және ұзындық, килограмм және масса, секундтағы уақыт, ампердегі ток күші, кельвиндегі термодинамикалық температура және канделадағы жарық күші. Он жылдан кейін оларға тағы бір зат қосылды - мольмен өлшенетін зат мөлшері.
Халықаралық жүйенің физикалық шамаларының барлық басқа өлшем бірліктері негізгілердің туындылары болып есептелетінін, яғни оларды SI жүйесінің негізгі шамаларының көмегімен математикалық жолмен есептеуге болатынын білу маңызды.
Стандарттардан алшақ
Физикалық стандарттар ең сенімді өлшеу жүйесі емес болып шықты. Килограммдық эталонның өзі және оның елдер бойынша көшірмелері кезеңді түрде бір-бірімен салыстырылады. Салыстыру осы стандарттар массасының өзгеруін көрсетеді, бұл әртүрлі себептермен пайда болады: тексеру кезінде шаң, стендпен өзара әрекеттесу немесе басқа нәрсе. Ғалымдар бұл жағымсыз нюанстарды ұзақ уақыт бойы байқады. Метрологиядағы халықаралық жүйенің физикалық шама бірліктерінің параметрлерін қайта қараудың уақыты келді.
Сондықтан шамалардың кейбір анықтамалары бірте-бірте өзгерді: ғалымдар белгілі бір жолмен уақыт өте келе өз параметрлерін өзгерткен физикалық стандарттардан аулақ болуға тырысты. Ең жақсы әдіс - шамаларды өзгермейтін қасиеттер тұрғысынан алу, мысалы, жарық жылдамдығы немесе атомдардың құрылымындағы өзгерістер.
SI жүйесіндегі революция қарсаңында
Физикалық шама бірліктерінің халықаралық жүйесіндегі негізгі технологиялық өзгерістер жыл сайынғы конференцияда Халықаралық өлшемдер мен өлшемдер бюросы мүшелерінің дауыс беруі арқылы жүзеге асырылады. Мақұлданса, өзгертулер бірнеше уақыттан кейін күшіне енедіай.
Мұның бәрі зерттеулері мен эксперименттері өлшеулер мен тұжырымдардағы ең жоғары дәлдікті талап ететін ғалымдар үшін өте маңызды.
2018 жылдың жаңа анықтамалық стандарттары кез келген жерде, уақытта және масштабта кез келген өлшеудегі ең жоғары дәлдік деңгейіне қол жеткізуге көмектеседі. Және мұның бәрі дәлдігін жоғалтпай.
SI жүйесіндегі шамаларды қайта анықтау
Ол жеті жұмыс істейтін негізгі физикалық шаманың төртеуіне қатысты. Келесі шамаларды бірліктермен қайта анықтау туралы шешім қабылданды:
- килограмм (масса) өрнектегі Планк тұрақтысының бірліктерін пайдалана отырып;
- ампер (ток) зарядты өлшеумен;
- кельвин (термодинамикалық температура) Больцман тұрақтысының көмегімен бірлік өрнекпен;
- моль Авогадро тұрақтысы арқылы (заттың мөлшері).
Қалған үш шама үшін анықтамалардың редакциясы өзгереді, бірақ олардың мәні өзгеріссіз қалады:
- метр (ұзындығы);
- секунд (уақыт);
- кандела (жарық қарқындылығы).
Күшейткішпен өзгертулер
Бүгінгі таңда халықаралық SI жүйесінде физикалық шамалардың бірлігі ретінде ампер дегеніміз не, сонау 1946 жылы ұсынылған. Анықтама осы құрылымның барлық нюанстарын көрсете отырып, бір метр қашықтықта вакуумдағы екі өткізгіш арасындағы ток күшімен байланысты болды. Дәлсіздік пен қолайсыз өлшем - бұл анықтаманың бүгінгі көзқарасы бойынша екі негізгі сипаттамасы.
Жаңа анықтамада ампер - электр тогына теңсекундына электр зарядтарының белгіленген санының ағыны. Бірлік электронды зарядтармен өрнектеледі.
Жаңартылған амперді анықтау үшін тек бір ғана құрал қажет - электрондарды жылжытуға қабілетті бір электронды сорғы деп аталатын құрал.
Жаңа моль және кремний тазалығы 99,9998%
Мольдің ескі анықтамасы массасы 0,012 кг көміртегі изотопындағы атомдар санына тең зат мөлшеріне қатысты.
Жаңа нұсқада бұл көрсетілген құрылымдық бірліктердің нақты анықталған санындағы заттың мөлшері. Бұл бірліктер Авогадро тұрақтысы арқылы өрнектеледі.
Авогадро нөміріне қатысты көптеген алаңдаушылықтар бар. Оны есептеу үшін кремний-28 шарын жасау туралы шешім қабылданды. Кремнийдің бұл изотопы кемелділікке дейінгі нақты кристалдық торымен ерекшеленеді. Сондықтан ондағы атомдар санын шардың диаметрін өлшейтін лазерлік жүйе арқылы дәл санауға болады.
Кремний-28 сферасы мен қазіргі платина-иридий қорытпасы арасында түбегейлі айырмашылық жоқ деп дауласуға болады. Ол да, басқа заттар да уақыт өте атомдарын жоғалтады. Жоғалтады, дұрыс. Бірақ кремний-28 оларды болжамды жылдамдықпен жоғалтады, сондықтан сілтемеге үнемі түзетулер енгізіледі.
Сфераға арналған ең таза кремний-28 жақында АҚШ-та алынды. Оның тазалығы 99,9998%.
Ал енді Келвин
Кельвин халықаралық жүйедегі физикалық шама бірліктерінің бірі болып табылады және термодинамикалық температура деңгейін өлшеу үшін қолданылады. «Ескі әдіспен» 1/273, 16-ға теңсудың үштік нүктесінің температурасының бөліктері. Судың үштік нүктесі өте қызықты компонент. Бұл су бірден үш күйде болатын температура мен қысым деңгейі – «бу, мұз және су».
«Екі аяғында ақсау» анықтамасы келесі себеппен берілген: келвин мәні ең алдымен теориялық белгілі изотоптық қатынасы бар судың құрамына байланысты. Бірақ іс жүзінде мұндай сипаттамалары бар суды алу мүмкін емес еді.
Жаңа кельвин келесідей анықталады: бір кельвин жылу энергиясының 1,4 × 10−23j өзгеруіне тең. Бірліктер Больцман тұрақтысының көмегімен өрнектеледі. Енді температура деңгейін газ сферасындағы дыбыс жылдамдығын бекіту арқылы өлшеуге болады.
Стандартсыз килограмм
Парижде иридийі бар платина эталоны бар екенін білеміз, ол метрологияда және физикалық шама бірліктері жүйесінде қолдану кезінде қандай да бір түрде салмағын өзгертті.
Килограммның жаңа анықтамасы: Бір килограмм Планк тұрақтысының 6,63 × 10-ға бөлінгені ретінде өрнектеледі−34 m2 · с−1.
Массаны өлшеуді енді «ватт» шкаласымен жасауға болады. Аты сізді алдамасын, бұл әдеттегі таразы емес, таразының екінші жағында жатқан затты көтеруге жеткілікті электр тогы.
Физикалық шамалардың бірліктерін және олардың жүйесін тұтастай құру принциптерін өзгерту, ең алдымен, ғылымның теориялық салаларында қажет. Жаңартылған жүйедегі негізгі факторларенді табиғи тұрақтылар.
Бұл ұзақ уақыт бойы күш-жігері іргелі физика заңдары негізінде бірліктердің идеалды өлшемдері мен анықтамаларын табуға бағытталған байыпты ғалымдардың халықаралық тобының көп жылдық қызметінің қисынды қорытындысы.
