Зачем был изготовлен самый круглый в мире шар ценой в 1 миллион евро
Любая наука требует точности, особенно, если это касается того, что связано с физикой, математикой или химией. Как мы знаем, в качестве стандартизованной системы единиц, во всем мире используется принятая в 1960 году система СИ. В нее занесены обозначения таких базовых единиц как: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. Большинство единиц этой системы могут быть определены через физические константы (например, заряд электрона, скорость света итд). Однако, до недавнего времени, были проблемы с определением данным способом точного значения единицы массы — килограмма. Поэтому в качестве эталонного значения использовались параметры искусственно созданных объектов, в частности, платиново-иридиевого цилиндра, изготовленного аж в 1889 год.
Данный эталон был сделан в количестве 40 экземпляров-копий и распределен по разным странам. Со временем, при сравнении копий между собой, обнаружилась проблема, что эталон, в общем-то, таковым не является. На физический образец килограмма, даже несмотря на то, что он содержится в специальных условиях (герметичное хранение под тремя колпаками), воздействует окружающая среда. В результате этого, масса цилиндра из платины и иридия, изменяется, хоть и на весьма незначительное значение (примерно, на 50 микрограммов за период в 100 лет).
Для альтернативного решения этой проблемы был создан «проект Авогадро», целью которого было сделать идеальный физический эталон массы. На самом деле первичной задачей было определение значения самой константы — числа Авогадро (с точностью до 1x10 в минус седьмой степени), определяющей сколько атомов, молекул, ионов или др. структурных элементов в единице вещества (моль). Сделать это планировалось путем подсчета, с помощью лазерного спектрографа, общего числа атомов в эталонном объекте.
После расчетов и элементов было определено, что лучшим эталоном может стать идеально круглая сфера. В качестве материала для ее изготовления был выбран изотоп кремния-28. Выбор материала был обусловлен его (относительной) дешевизной, идеальной однородностью, а также хорошо известным процессом создания и обработки кристаллов на его основе. Кроме этого, материал крайне устойчив к внешним воздействиям (для сохранения своих свойств со временем).
Производство кристалла для изготовления сферы (на самом деле было произведено две штуки) стартовало в 2004 году в «Нижегородском институте химии высокочистых веществ РАН». В этом институте был получен максимально чистый кремний-28. Далее из него в 2007 г., в «Берлинском Институте кристаллографии Лейбница» вырастили цилиндрический кристалл (буля). Затем, полученную заготовку разрезали на несколько частей и шлифовали (практически, вручную) на протяжении нескольких месяцев в «австралийском Центре высокоточной оптики» с помощью вращающихся роторов с анализом поверхности высокоточными лазерами.
Требовалась максимальная точность и отсутствие дефектов на поверхности сферы. В итоге добились того, что максимальная «неровность» поверхности не превышала 97Нм при диаметре сферы в 93,75мм. Для сравнения, если «увеличить» сферу до размера Земли, то неровность не превышала бы 4.5м. Стоимость материала, из которого изготавливались сферы составила около 1 млн. евро, а цена всего проекта приблизилась к 3.5 млн. евро.
В результате измерений физических параметров сферы и зная точный состав материала, стало возможным подсчитать общее число атомов кремния в ее и более точно определить число Авогадро: 6.02214084 (18) * 10 в степени 23 1/моль. Несмотря на то, что это было самое точное экспериментальное определение константы, точность измерения составила 30 миллиардных долей, что не позволило рассматривать полученную сферу в качестве эталона «Международным бюро мер и весов».
Более того, в мае 2019 году было принято решение о том, что физические предметы (в том числе, действующий эталон), перестают быть эталонами и «представлять из себя» килограмм. Было принято решение в определении массы используя постоянную Планка (коэффициент, связывающий величину энергии кванта электромагнитного излучения с частотой), точное значение которой уже было уточнено посредством значений времени и длины (эталонных).
В настоящий момент принято, что предмет имеющий массу 1 кг должен быть таким, чтобы постоянная Планка равнялась 6,626069 * 10 (в −34 степени) дж.*сек., где единицы энергии получаются по формуле через соотношение метров, секунд и килограмма. Точные значения мер длины и времени давно известны (через неизменные значения скорости света и излучение атома цезия). Соответственно, физический эталон фактически утратил свою ценность и теперь, чтобы получить точное значение килограмма нужно не сопоставить массу двух физических объектов, а провести определенный опыт.
36 комментариев
Добавить комментарий
10х, ой точно! ;) вот так читал статью показалось, что млрд…
Бесполезная трата денег и ресурсов. Если это русы делали, то скорей всего там реально шарик из подшипника, а на остальные лавэ построили дачи чиновникам.
Решили ученые провести эксперимент. Закрыть в абсолютно герметичной комнате без каких-либо щелей человека, дать ему три стальных шарика и посмотреть, что будет. Для эксперимента взяли американца, китайца и русского. Рассадили по камерам. На следующий день смотрят, кто что делает. Американец сидит, шарики катает. Заглянули к китайцу — сидит, медитирует. Русский же сидит и плачет, а в руке всего один шарик. У него спрашивают: «Где еще два?».
«Один сломал, другой потерял»
Хоть шар делай, хоть кубик, хоть пирамидку, какая нах разница как считать объем?
Стеклянная отливка сама по себе не может быть идеально однородной, иначе все процы были i9 или ryzen 9, всегда идёт брак в пластине, всегда будут процы подешевле.
Кажется вся статья — вымысел
Меры как придумали? Фут например? Или дюйм? А метр? Вы же умный, Вы же в курсе. :)
Люди, в том числе и умные люди, гонятся за каким-то идеалом, которого в естестве не существует. И ладно бы делали это в свое свободное время и тратили (а лучше бы вообще не тратили) свои деньги на эти чудачества. Но нет, надо гранты получать просто ради того, что бы сделать «идеальный шар»… Который к тому же ни фига не идеальный получился.
Выделенные средства, да и материалы тоже, можно было потрать на более важные научные изыскания. Но это ж надо работать, башку напрягать, исследования проводить в течении не одного года, тестировать и т.д. и т.п. И в итоге окажется, что открыли что-то важное, но мало кому нужное. Зато там хотя бы будет виден результат, а не очередной попил средств.
Наука должна улучшать жизнь, а не тратить тупо бабки. Но этого много кому не понять. ;)
Ну, вот купил ты 2 кг золота в Зимбабве. Приезжаешь домой, а там 0.5 кг. А все потому, что 100 лет назад эталонным килограммом там использовали голову вождя. За 100 лет она усохлась и стала легче. А чтобы у всех все сходилось, надо одинаковый эталонный кг иметь, который длительное время не испаряется и не меняет свою массу.
Добавить комментарий