Современные представления в нормировании основных физических величин

С момента принятия Метрической конвенции в 1875 г. определения основных единиц измерения несколько раз изменялись. С переопределения метра 1960 г. килограмм остался последней единицей, которая определяется не как свойство природы, а как физический артефакт. Тем не менее моль, ампер и кандела тоже привязаны к платиново-иридиевым эталонам, которые находятся в хранилище. Длительное время метрология искала пути для определения килограмма фундаментальными константами, так же как метр определяется через скорость света.

Так, в 1999 г. конференция по мерам и весам рекомендовала в XXI в. «национальным лабораториям продолжить исследования для привязки массы к фундаментальным или массовым константам для определения массы килограмма». Большинство ожиданий связывают с постоянной Планка и числом Авогадро.

В 2005 году Международный комитет мер и весов (МКМВ), утвердив подготовку к новым определениям килограмма, ампера и кельвина, также отметил возможность нового определения моля, основанного на числе Авогадро, а XXIII Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) в 2007 г. решила отложить узаконивание любых изменений до следующей конференции в 2011 г.

Так, в пояснительной записке, адресованной МКМВ, в октябре 2009 г. президент консультативного совета МКМВ по единицам измерения перечислил неопределенности физических фундаментальных констант при использовании текущих определений и тех, какими эти неопределенности станут при использовании новых предложенных определений единиц. Он рекомендовал МКМВ принять предложенные изменения в «определении килограмма, ампера, кельвина и моля, чтобы они выражались через величины фундаментальных констант h, е, к, и Na и на XXIV Генеральной конференции по мерам и весам 17-21 октября 2011 г. была принята Резолюция, в соответствии с которой предполагается в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить основные единицы таким образом, чтобы они были основаны не на созданных человеком артефактах (эталонах), а на фундаментальных физических константах или свойствах атомов, численные значения которых фиксируются и полагаются точными по определению.

В соответствии с решениями XXIV ГКМВ наиболее важные изменения должны затронуть четыре основные единицы СИ: килограмм, ампер, кельвин и моль. Новые определения этих единиц будут базироваться на фиксированных численных значениях следующих фундаментальных физических постоянных: постоянной Планка, элементарного электрического заряда, постоянной Больцмана и числа Авогадро соответственно. Всем этим величинам будут приписаны точные значения, основанные на результатах наиболее точных измерений, рекомендованных Комитетом по данным для науки и техники (COD АТ А).

В этой Резолюции сформулированы следующие положения, касающиеся этих единиц.

  • • Килограмм, по-прежнему будет единицей массы, но его величина будет установлена в соответствии с численным значением постоянной Планка равным точно 6,626 06Х х 10 - 34, когда оно выражается в единице СП m2 kg s — 1, что эквивалентно Дж-с.
  • • Ампер останется единицей силы электрического тока; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения элементарного электрического заряда, равным в точности 1,602 17ХТ01, когда он выражен единицей СП с-А, что эквивалентно Кл.
  • • Кельвин останется единицей термодинамической температуры; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного зна- чения постоянной Больцмана равным в точности 1,380 6Х х Ю , ко- гда она выражена единицей СИ м кгс К , что эквивалентно Дж-КГ1.
  • • Моль останется единицей количества вещества; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Авогадро, равным в точности 6,022 14Х-1023 моль-1, когда она выражена единицей СИ моль-1.

Выше и далее X заменяет одну или более значащие цифры, которые будут определены в дальнейшем на основании наиболее точных рекомендаций COD АТА.

Определения же метра и секунды уже в настоящее время связаны с точными значениями таких постоянных, как скорость света и величина расщепления основного состояния атома цезия, соответственно. Существующее определение канделы хотя и не привязано к какой- либо фундаментальной постоянной, тем не менее, также может рассматриваться как связанное с точным значением инварианта природы. Исходя из сказанного, изменять по существу определения метра, секунды и канделы не предполагается. Однако для поддержания единства стиля планируется принять новые, полностью эквивалентные существующим, формулировки определений в следующем виде:

  • • метр, символ «м», является единицей длины; величина устанавливается фиксацией численного значения скорости света в вакууме, равным в точности 299 792 458, когда она выражена единицей СИ м-с-1;
  • • секунда, символ «с'», является единицей времени; ее величина устанавливается фиксацией численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре О К, равным в точности 9 192 631 770, когда она выражена единицей СИ с-1, что эквивалентно Гц;
  • • кандела (единица силы света, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ)), определена как сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540-1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. или кд-ср-Вт-1, что эквивалентно лм Вт-1.

Таким образом, предполагается, что после реализации сформулированного подхода в своем окончательном виде система измерений основных физических величин будет представлена системой единиц, в которой:

  • • частота сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 в точности равна 9 192 631 770 Гц;
  • • скорость света в вакууме с в точности равна 299 792 458 м/с;
  • • постоянная Планка h в точности равна 6,626 06Х-10 34 Дж-с;
  • • элементарный электрический заряд е в точности равен 1,602 17Х-10 19 Кл;
  • 23
  • • постоянная Больцмана к в точности равна 1,380 6Х-10

Дж/К;

  • 23
  • • число Авогадро Ад в точности равно 6,022 14Х-10" моль-1;
  • • световая эффективность Kcd монохроматического излучения частотой 540-10 Гц в точности равна 683 лм/Вт.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >