# Как ученые навсегда изменили эталон килограмма

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=Oo0jm1PPRuo
Канал: Veritasium
Опубликовано: 12.07.2017

---

Для современной науки эталон килограмма — это «проблема», решение которой потребовало пересмотра фундаментальных принципов метрологии. Более двух столетий вес одного килограмма определялся массой металлического цилиндра, хранящегося в защищенном сейфе в Париже. Однако, как выяснили исследователи, этот физический объект не является неизменным, и сегодня человечество переходит на новый, универсальный способ определения массы, основанный на фундаментальных константах Вселенной.

## ⚖️ Конец эпохи физических эталонов
[[JUMP:0:13]]

С 1799 года эталон килограмма оставался последней базовой единицей системы СИ (SI), привязанной к конкретному материальному объекту. За минувший век ученые неоднократно сравнивали этот международный прототип с его официальными копиями из разных стран, и результаты оказались неутешительными: их масса начала расходиться. Разница достигла примерно 50 микрограммов, или 50 частей на миллиард.

Для науки, где точность имеет критическое значение, наличие «плавающего» стандарта недопустимо. Ранее аналогичная проблема была решена с метром: в 1983 году его перестали определять через платиновую линейку, заменив на расстояние, которое свет проходит в вакууме за фиксированную долю секунды. Подобный подход решили применить и к килограмму, перенеся точку опоры с изменчивого физического предмета на неизменные мировые константы.

## 🔬 Два пути к идеальному весу
[[JUMP:1:49]]

Для переопределения килограмма рассматривалось несколько стратегий, две из которых показали наилучшие результаты:

1.  **Кремниевая сфера:** использование идеально отшлифованной сферы из кремния для точного определения числа Авогадро.
2.  **Баланс Киббла (ранее известный как «ватные весы»):** использование электромагнитных сил для определения постоянной Планка.

Ведущий канала Veritasium отмечает, что оба подхода дополняют друг друга. По его мнению, метод с кремниевой сферой, по сути, берет начало из химии, в то время как баланс Киббла — из физики. Тот факт, что результаты независимых измерений, основанных на разных дисциплинах, совпадают, дает ученым высокую степень уверенности в корректности нового определения.

## ⚙️ Как работает баланс Киббла
[[JUMP:3:08]]

Баланс Киббла, названный в честь своего изобретателя Брайана Киббла (ушедшего из жизни в 2016 году), работает в двух режимах, позволяя исключить влияние переменных, которые сложно измерить напрямую.

* **Режим взвешивания:** на одну чашу помещается эталон массой 1 кг, а через катушку в магнитном поле пропускается ток, создающий электромагнитную силу, уравновешивающую вес объекта.
* **Режим скорости:** эталон убирается, а катушка приводится в движение с постоянной скоростью через то же магнитное поле. Это движение индуцирует напряжение, что позволяет вычислить параметры магнитного поля и длину провода, исключив их из уравнения.

В результате уравнивания электрической и механической мощности возникает понятие «ватных весов». Чтобы связать это с постоянной Планка, ученые используют макроскопические квантовые эффекты, такие как переходы Джозефсона. Применяя микроволновое излучение к сверхпроводникам, исследователи могут крайне точно измерять напряжение, а с помощью квантового эффекта Холла — сопротивление.

## 📏 Точность в деталях
[[JUMP:7:12]]

Чтобы достичь точности в 10 частей на миллиард, необходимо учитывать мельчайшие факторы. Скорость движения катушки измеряется лазерным интерферометром, который подсчитывает световые интерференционные полосы. 

Локальное ускорение свободного падения (g) измеряется специальным гравиметром, который отслеживает падение отражателя в вакуумной трубке. Ученым даже приходится учитывать внешние воздействия: положение Солнца и Луны и изменение уровня грунтовых вод под зданием могут влиять на гравитацию с такой степенью точности. 

Благодаря этой работе, начиная с 2018 года, килограмм официально определяется через фиксированное значение постоянной Планка, завершая эру зависимости от «парижского цилиндра».