Сколько весит килограмм?

Немного истории

Сначала никакого килограмма в природе не существовало. Меры весов, как и прочих величин, у каждого народа в каждой области света были свои собственные, что порождало невероятную путаницу, особенно в торговле. Даже сейчас мы не можем понять, что имеется в виду, когда читаем в старых книгах о фунтах, аршинах, ярдах и унциях. О каких фунтах идет речь: английских, русских или американских?

Когда вся эта неразбериха людям порядком надоела, то во Франции решили навести порядок в этом вопросе, и 7 апреля 1795 года придумали грамм. При чем не просто придумали, а определили его в привязке к какой-то, как тогда казалось, абсолютной для всего мира величине — массе 1 кубического сантиметра чистой воды при температуре, когда она переходит из льда в жидкость. Кстати, саму идею выдвинул англичанин Джон Уилкинс веком ранее. Килограмм, соответственно, стали определять как массу 1000 «кубиков» воды — это единственная единица метрической системы СИ, используемся с приставкой кило-.

Но вскоре оказалось, что вода — слишком ненадежная субстанция для определения такой фундаментальной меры как масса. Поэтому в 1889 году ученые мужи решили создать эталонный килограмм, один единственный на весь мир, который будет храниться в надежном месте и с ним будут сравниваться все прочие «килограммы». Такой образец был изготовлен из платино-иридиевого сплава в виде цилиндра и заключен в три герметичные колпака из стекла. Всем желающим странам было роздано около 80 точнейших копий этого эталона, которые примерно раз в 10 лет сверяются по нему.

Внезапно…

Таким образом до сего дня килограмм остается единственной современной единицей измерения, которая привязана к рукотворному предмету. Все прочие давно уже определяются на основе фундаментальных физических законов, не подвластных человеку. И в этом оказалась слабость килограмма.

При многолетнем сравнении национальных эталонов массы с единственным, хранящимся в Международном бюро мер и весов во Франции, было обнаружено, что с годами их массы стали различаться! За 100 лет в среднем разброс составил до 3×10−8 кг. Мелочь, как говорится, а не приятно.

Поскольку сделаны они все из абсолютно одинакового материала и хранятся в идентичных условиях, то наверняка сказать, какой же из эталонов на самом деле «врет» ученые затрудняются. Но проблема налицо: все измерения массы на Земле сегодня зависят от изменчивого металлического цилиндрика, спрятанного в подземельях французского Севра. Если он «решит потолстеть» — масса килограмма во всем мире увеличится. «Похудеет», — и все предметы и вещества на планете разом «потяжелеют».

Как с этим жить?

В 2011 году ученые, озабоченные проблемой, сколько весит килограмм, созвали Генеральную конференцию по мерам и весам, которая приняла соответствующую резолюцию: оставить килограмм единицей измерения веса, но переопределить его, привязав, подобно другим единицам измерения, к более постоянным величинам, известным в физике. Работа закипела и было предложено сразу несколько вариантов решения задачи. Среди них, в частности, определить килограмм, как массу определенного количества атомов кремния, или привязать его к постоянной Планке. Но пока все это лишь проекты, а нам еще какое-то время предстоит довольствоваться нашим привычным ненадежным килограммом и гадать, сколько весит он сегодня?