Колко е килограм?

килограми

Оказва се, че никой не може да каже със сигурност, поне не по начин, който няма да се промени толкова леко с времето. Официалният килограм - цилиндър, отливан преди 118 години от платина и иридий и известен като Международен прототип Килограм или "Le Gran K" - губи маса, около 50 микрограма при последната проверка. Промяната настъпва въпреки внимателното съхранение в съоръжение близо до Париж.

Това не е толкова добре за стандарт, от който зависи светът, за да определи масата.

Сега двама американски професори - физик и математик - казват, че е време да определим килограма по нов и по-елегантен начин, който ще бъде същият днес, утре и след 118 години. Те стартираха кампания, насочена към предефиниране на килограма като маса на много голям, но точно определен брой атоми въглерод-12.

„Нашият стандарт би премахнал необходимостта от физически артефакт, за да се определи какво е килограм“, казва Роналд Ф. Фокс, почетен професор на регентите в Училището по физика в Технологичния институт в Джорджия. „Искаме нещо, което логично е много лесно за разбиране.“

Предложението им е грамът - 1/1000-та част от килограма - оттук нататък да се определя като маса от точно 18 х 14074481 (куб.) Въглерод-12 атома.

Предложението, направено от Фокс и Теодор П. Хил - почетен професор в Математическата гимназия в Джорджия - първо придава специфична стойност на константата на Авогадро. Предложена през 1800 г. от италианския учен Амедео Авогадро, константата представлява броя на атомите или молекулите в един мол чист материал - например броят на въглерод-12 атома в 12 грама от елемента. Константата на Авогадро обаче не е точно число; това е диапазон от стойности, които могат да бъдат определени експериментално, но не с достатъчно точност, за да бъде едно число.

Насърчени от полусериозния въпрос на Хил за това дали константата на Авогадро е четно или нечетно число, през есента на 2006 г. Фокс и Хил представят доклад в Архивите на физиката, в който предлагат да се присвои конкретно число на константата - една от около 10 възможни стойности в експерименталния диапазон. Авторите посочват, че точната константа на Авогадро може също така да предефинира мярката за маса, килограм.

Предложението им привлече вниманието на редакторите на American Scientist, които поискаха по-дълга статия, публикувана през март 2007 г. Досега предложението изготви пет писма, включително едно от Paul J. Karol, председател на комисията по номенклатура, терминология и символи на Американското химическо общество. Карол добави своето одобрение към предложението и предложи да направи числото делимо на 12 - което Фокс и Хил направиха в допълнение, като промениха крайната цифра на техния номер от 8 на 6. Така че новото предложение за константата на Авогадро стана 84446886 (в куб), все още в рамките на приетите стойности.

Превъртане напред към септември 2007 г., когато Фокс прочете статия на Асошиейтед прес на уебсайта на CNN.com за масовото изчезване от Международния прототип на килограм. Докато АП заяви, че липсващата маса възлиза на не повече от „теглото на пръстов отпечатък“, Фокс твърди, че количеството може да бъде значително в свят, който измерва времето в ултра-суб-наносекунди и дължина в ултра-суб-нанометри.

Така че Фокс и Хил изстреляха друга статия към Physics Archive, която предлага да се предефинира грамът като 1/12-та маса на мол въглерод 12 - мол, който дълго се определя като броя на атомите на Авоградо. Сега те се надяват да генерират повече интерес към идеята им за това, което може да се окаже конкуренция на предложения за стандарти, водещо до срещата на Международния комитет за теглилки и мерки през 2011 г.

Обсъждат се поне още две предложения за предефиниране на килограма. Те включват подмяна на платинено-иридиевия цилиндър със сфера от чисти силициеви атоми и използване на устройство, известно като "ватов баланс", за да се определи килограмът с помощта на електромагнитна енергия. И двете биха предложили подобрение спрямо съществуващия стандарт - но не трябва да бъдат толкова прости, колкото това, което Fox и Hill са предложили, нито да бъдат точни, казват те.

"Използването на перфектен цифров куб за дефиниране на тези константи дава същото ниво на значимост - осем или девет цифри - както при онези цели числа, които определят второто и скоростта на светлината", каза Хил. "Чисто математическото определение на килограма е експериментално неутрално - след това изследователите могат да използват всеки лабораторен метод, който искат да приближат точните маси."

Килограмът е последният основен стандарт, определен по-скоро от физически артефакт, отколкото от основно физическо свойство. През 1983 г. например разстоянието, представено от метър, беше предефинирано от това колко далеч изминава светлината за 1/299 792 458 секунди - замествайки метална пръчка с две маркировки върху нея.

"Подозираме, че ще има публичен дебат по този въпрос", каза Фокс. "Искаме учени и преподаватели по природни науки и други да помислят за този проблем, защото смятаме, че те могат да окажат въздействие. Обществената дискусия може да играе важна роля при определянето на начина, по който се определя една от основните физически константи в света."

Колко важен е този въпрос за бъдещото технологично развитие на света "

"Когато правите физични и химични измервания, е важно да имате възможно най-висока точност и тези стандарти наистина определят границите на прецизността", каза Фокс. "Липсата на точен стандарт оставя известно противоречие в начина, по който посочвате резултатите. Наличието на уникален стандарт може да елиминира това."

Докато новата дефиниция би премахнала необходимостта от физическо представяне на масата, Фокс казва, че хората, които искат физически артефакт, все още могат да имат такъв - макар че въглеродът всъщност не може да образува перфектен куб с точния брой атоми. А изграждането може да отнеме известно време.

"Можете да си представите да имате бучка материя, която всъщност имаше точно точния брой атоми в себе си", отбеляза Фокс. "Ако можете да го изградите чрез някакъв процес на самосглобяване - за разлика от изграждането му атом по атом, което ще отнеме няколко милиарда години - бихте могли да имате нов килограмен артефакт, направен от въглерод. Но всъщност няма нужда от това. Дори да сте изградили перфектен килограм, той веднага ще бъде неточен, веднага щом отделен атом бъде извлечен или погълнат. "