2018 შეიძლება ეწოდოს საბედისწერო წელს მეტროლოგიაში, რადგან ეს არის რეალური ტექნოლოგიური რევოლუციის დრო SI ფიზიკური სიდიდეების ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში. საუბარია ძირითადი ფიზიკური სიდიდეების განმარტებების გადახედვაზე. სუპერმარკეტში კილოგრამი კარტოფილი ახლა ახლებურად იწონის? C კარტოფილი იგივე იქნება. რაღაც სხვა შეიცვლება.
SI სისტემის დაწყებამდე
წონისა და ზომების საერთო სტანდარტები ძველ დროში იყო საჭირო. მაგრამ გაზომვების ზოგადი წესები განსაკუთრებით აუცილებელი გახდა სამეცნიერო და ტექნოლოგიური პროგრესის მოსვლასთან ერთად. მეცნიერებს სჭირდებოდათ საერთო ენაზე საუბარი: ერთი ფეხი რამდენი სანტიმეტრია? და რა არის სანტიმეტრი საფრანგეთში, როცა ის არ არის იგივე რაც იტალიური?
საფრანგეთს შეიძლება ეწოდოს საპატიო ვეტერანი და ისტორიული მეტროლოგიური ბრძოლების გამარჯვებული. საფრანგეთში 1791 წელს ოფიციალურად დამტკიცდა საზომი სისტემა და მათიერთეულები და ძირითადი ფიზიკური რაოდენობების განმარტებები აღწერილი და დადასტურებული იყო როგორც სახელმწიფო დოკუმენტები.
ფრანგებმა პირველებმა გაიგეს, რომ ფიზიკური რაოდენობა უნდა იყოს მიბმული ბუნებრივ ობიექტებთან. მაგალითად, ერთი მეტრი აღწერილია, როგორც მერიდიანის სიგრძის 1/40,000,000 ჩრდილოეთიდან სამხრეთისაკენ ეკვატორისკენ. ამრიგად, ის დედამიწის ზომაზე იყო მიბმული.
ერთი გრამი ასევე დაკავშირებულია ბუნებრივ მოვლენებთან: იგი განისაზღვრა, როგორც წყლის მასა კუბურ სანტიმეტრში ნულთან ახლოს ტემპერატურის დონეზე (ყინულის დნობა)..
მაგრამ, როგორც გაირკვა, დედამიწა საერთოდ არ არის სრულყოფილი ბურთი და კუბში მოთავსებულ წყალს შეიძლება ჰქონდეს სხვადასხვა თვისებები, თუ ის შეიცავს მინარევებს. ამიტომ, პლანეტის სხვადასხვა ნაწილში ამ რაოდენობების ზომები ოდნავ განსხვავდებოდა ერთმანეთისგან.
მე-19 საუკუნის დასაწყისში, გერმანელები, მათემატიკოს კარლ გაუსის ხელმძღვანელობით, შევიდნენ ბიზნესში. მან შესთავაზა განახლებულიყო ზომების სანტიმეტრი-გრამ-წამის სისტემა და მას შემდეგ მეტრული ერთეულები შევიდა მსოფლიოში, მეცნიერებაში და იქნა აღიარებული საერთაშორისო საზოგადოების მიერ, ჩამოყალიბდა ფიზიკური სიდიდეების ერთეულების საერთაშორისო სისტემა..
გადაწყდა მერიდიანის სიგრძისა და წყლის კუბის მასის ჩანაცვლება იმ სტანდარტებით, რომლებიც ინახებოდა პარიზის წონებისა და ზომების ბიუროში, ასლების გავრცელებით მეტრულში მონაწილე ქვეყნებში. კონვენცია.
მაგალითად, კილოგრამი პლატინისა და ირიდიუმის შენადნობისგან დამზადებულ ცილინდრს ჰგავდა, რომელიც საბოლოოდ ასევე არ გახდა იდეალური გადაწყვეტა.
ფიზიკური სიდიდეების ერთეულების საერთაშორისო სისტემა SI ჩამოყალიბდა 1960 წელს. თავდაპირველად მას ექვსი მოიცავდაძირითადი რაოდენობები: მეტრი და სიგრძე, კილოგრამები და მასა, დრო წამებში, დენის სიძლიერე ამპერებში, თერმოდინამიკური ტემპერატურა კელვინებში და მანათობელი ინტენსივობა კანდელაში. ათი წლის შემდეგ მათ კიდევ ერთი დაემატა - ნივთიერების რაოდენობა მოლში გაზომილი.
მნიშვნელოვანია ვიცოდეთ, რომ საერთაშორისო სისტემის ფიზიკური სიდიდეების საზომი ყველა სხვა ერთეული განიხილება ძირითადის წარმოებულებად, ანუ მათი გამოთვლა შესაძლებელია მათემატიკურად SI სისტემის ძირითადი სიდიდეების გამოყენებით.
სტანდარტებისგან შორს
ფიზიკური სტანდარტები არ იყო ყველაზე საიმედო საზომი სისტემა. თვით კილოგრამის სტანდარტი და მისი ასლები ქვეყნების მიხედვით პერიოდულად ადარებენ ერთმანეთს. შერიგებები აჩვენებს ცვლილებებს ამ სტანდარტების მასებში, რაც ხდება სხვადასხვა მიზეზის გამო: მტვერი შემოწმების დროს, სადგამთან ურთიერთქმედება ან სხვა რამ. მეცნიერები ამ უსიამოვნო ნიუანსებს დიდი ხანია ამჩნევენ. დადგა დრო, გადახედოთ საერთაშორისო სისტემის ფიზიკური სიდიდეების ერთეულების პარამეტრებს მეტროლოგიაში.
ამიტომ თანდათან შეიცვალა რაოდენობების ზოგიერთი განსაზღვრება: მეცნიერები ცდილობდნენ თავი დაეღწიათ ფიზიკურ სტანდარტებს, რომლებიც ამა თუ იმ გზით ცვლიდნენ მათ პარამეტრებს დროთა განმავლობაში. საუკეთესო გზაა რაოდენობების გამოყვანა უცვლელი თვისებების მიხედვით, როგორიცაა სინათლის სიჩქარე ან ატომების სტრუქტურაში ცვლილებები.
რევოლუციის წინა დღეს SI სისტემაში
ძირითადი ტექნოლოგიური ცვლილებები ფიზიკური სიდიდეების ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში ხორციელდება ყოველწლიურ კონფერენციაზე წონისა და ზომების საერთაშორისო ბიუროს წევრების კენჭისყრით. დამტკიცების შემთხვევაში, ცვლილებები ძალაში შევა რამდენიმე ხნის შემდეგთვე.
ეს ყველაფერი ძალზე მნიშვნელოვანია იმ მეცნიერებისთვის, რომელთა კვლევები და ექსპერიმენტები მოითხოვს მაქსიმალურ სიზუსტეს გაზომვებსა და ფორმულირებებს.
2018 წლის ახალი საცნობარო სტანდარტები დაგეხმარებათ მიაღწიოთ სიზუსტის უმაღლესი დონის ნებისმიერ გაზომვას ნებისმიერ ადგილას, დროსა და მასშტაბში. და ეს ყველაფერი სიზუსტის დაკარგვის გარეშე.
რაოდენობების ხელახალი განსაზღვრა SI სისტემაში
ეს ეხება შვიდი მოქმედი ძირითადი ფიზიკური რაოდენობადან ოთხს. გადაწყდა შემდეგი რაოდენობების ხელახლა განსაზღვრა ერთეულებით:
- კილოგრამი (მასა) პლანკის მუდმივის ერთეულების გამოყენებით გამოხატულებაში;
- ამპერი (დენი) დამუხტვის გაზომვით;
- კელვინი (თერმოდინამიკური ტემპერატურა) ერთეული გამოხატვით ბოლცმანის მუდმივის გამოყენებით;
- მოლი ავოგადროს მუდმივში (სუბსტანციის რაოდენობა).
დარჩენილ სამ რაოდენობაზე შეიცვლება განმარტებების ფორმულირება, მაგრამ მათი არსი უცვლელი დარჩება:
- მეტრი (სიგრძე);
- წამი (დრო);
- კანდელა (შუქის ინტენსივობა).
ცვლილებები Amp-ით
რა არის ამპერი, როგორც ფიზიკური სიდიდეების ერთეული დღეს საერთაშორისო SI სისტემაში, შემოთავაზებული იქნა ჯერ კიდევ 1946 წელს. განმარტება მიბმული იყო დენის სიძლიერეს ორ გამტარს შორის ვაკუუმში ერთი მეტრის მანძილზე, ამ სტრუქტურის ყველა ნიუანსის მითითებით. უზუსტობა და უხერხული გაზომვა ამ დეფინიციის ორი ძირითადი მახასიათებელია დღევანდელი გადმოსახედიდან.
ახალ განსაზღვრებაში, ამპერი არის ელექტრული დენი ტოლიფიქსირებული რაოდენობის ელექტრული მუხტების ნაკადი წამში. ერთეული გამოიხატება ელექტრონების მუხტებში.
განახლებული ამპერის დასადგენად საჭიროა მხოლოდ ერთი ხელსაწყო - ეგრეთ წოდებული ერთელექტრონული ტუმბო, რომელსაც შეუძლია ელექტრონების გადაადგილება.
ახალი მოლი და სილიკონის სისუფთავე 99,9998%
მოლის ძველი განმარტება დაკავშირებულია მატერიის რაოდენობასთან, რომელიც ტოლია ნახშირბადის იზოტოპში ატომების რაოდენობას 0,012 კგ მასით.
ახალ ვერსიაში ეს არის ნივთიერების რაოდენობა, რომელიც შეიცავს მითითებული სტრუქტურული ერთეულების ზუსტად განსაზღვრულ რაოდენობას. ეს ერთეულები გამოხატულია ავოგადროს მუდმივის გამოყენებით.
ავოგადროს ნომერზეც ბევრი საზრუნავია. მის გამოსათვლელად გადაწყდა სილიკონ-28-ის სფეროს შექმნა. სილიკონის ეს იზოტოპი გამოირჩევა სრულყოფილებამდე ზუსტი ბროლის ბადით. აქედან გამომდინარე, მასში ატომების რაოდენობის ზუსტად დათვლა შესაძლებელია ლაზერული სისტემის გამოყენებით, რომელიც ზომავს სფეროს დიამეტრს.
შეიძლება, რა თქმა უნდა, ამტკიცებენ, რომ არ არსებობს ფუნდამენტური განსხვავება სილიკონ-28 სფეროსა და პლატინ-ირიდიუმის ამჟამინდელ შენადნობას შორის. ეს და სხვა ნივთიერება დროთა განმავლობაში კარგავს ატომებს. კარგავს, არა. მაგრამ სილიკონ-28 კარგავს მათ პროგნოზირებადი ტემპით, ამიტომ კორექტირება მოხდება მითითებაზე ყოველთვის.
ყველაზე სუფთა სილიკონი-28 სფეროსთვის ახლახანს მიიღეს აშშ-ში. მისი სისუფთავეა 99,9998%.
ახლა კი კელვინი
კელვინი არის საერთაშორისო სისტემაში ფიზიკური სიდიდის ერთ-ერთი ერთეული და გამოიყენება თერმოდინამიკური ტემპერატურის დონის გასაზომად. „ძველი წესით“უდრის 1/273, 16-სწყლის სამმაგი წერტილის ტემპერატურის ნაწილები. წყლის სამმაგი წერტილი უაღრესად საინტერესო კომპონენტია. ეს არის ტემპერატურისა და წნევის დონე, რომლითაც წყალი ერთდროულად სამ მდგომარეობაშია - „ორთქლი, ყინული და წყალი“.
განმარტება "კოჭლობს ორივე ფეხზე" შემდეგი მიზეზის გამო: კელვინის მნიშვნელობა პირველ რიგში დამოკიდებულია წყლის შემადგენლობაზე თეორიულად ცნობილი იზოტოპური თანაფარდობით. მაგრამ პრაქტიკაში ასეთი მახასიათებლების მქონე წყლის მიღება შეუძლებელი იყო.
ახალი კელვინი განისაზღვრება შემდეგნაირად: ერთი კელვინი უდრის თერმული ენერგიის ცვლილებას 1,4 × 10−23ჯ. ერთეულები გამოისახება ბოლცმანის მუდმივის გამოყენებით. ახლა ტემპერატურის დონის გაზომვა შესაძლებელია გაზის სფეროში ხმის სიჩქარის დაფიქსირებით.
კილოგრამი სტანდარტის გარეშე
ჩვენ უკვე ვიცით, რომ პარიზში არის პლატინის სტანდარტი ირიდიუმთან ერთად, რომელმაც რაღაცნაირად შეცვალა წონა მეტროლოგიაში გამოყენებისას და ფიზიკური სიდიდეების ერთეულების სისტემაში.
კილოგრამის ახალი განმარტება ასეთია: ერთი კილოგრამი გამოიხატება როგორც პლანკის მუდმივი გაყოფილი 6,63 × 10−34 m2 · с−1.
მასის გაზომვა ახლა შეიძლება გაკეთდეს "ვატი" სასწორზე. სახელმა არ მოგატყუოთ, ეს ჩვეულებრივი სასწორები კი არა, ელექტროენერგიაა, რომელიც საკმარისია სასწორის მეორე მხარეს მწოლიარე საგნის ასაწევად.
აუცილებელია ცვლილებები ფიზიკური სიდიდეების ერთეულების აგების პრინციპებსა და მთლიანობაში მათ სისტემაში, პირველ რიგში, მეცნიერების თეორიულ დარგებში. განახლებული სისტემის ძირითადი ფაქტორებიახლა ბუნებრივი მუდმივებია.
ეს არის სერიოზული მეცნიერთა საერთაშორისო ჯგუფის მრავალწლიანი საქმიანობის ლოგიკური დასკვნა, რომელთა ძალისხმევა დიდი ხნის განმავლობაში მიზნად ისახავდა ფუნდამენტური ფიზიკის კანონებზე დაფუძნებული ერთეულების იდეალური გაზომვებისა და განმარტებების პოვნას..
