2018 оныг хэмжилзүйн хувьд хувь тавилантай жил гэж нэрлэж болно, учир нь энэ бол SI физик хэмжигдэхүүний нэгжийн олон улсын системд технологийн бодит хувьсгалын үе юм. Энэ нь үндсэн физик хэмжигдэхүүнүүдийн тодорхойлолтыг шинэчлэх тухай юм. Супермаркет дахь нэг кг төмс одоо шинэ аргаар жинлэх үү? C төмс нь адилхан байх болно. Өөр ямар нэг зүйл өөрчлөгдөх болно.
SI системийн өмнө
Эрт дээр үед жин, хэмжүүрт нийтлэг стандарт шаардлагатай байсан. Гэхдээ шинжлэх ухаан, технологийн дэвшил гарч ирснээр хэмжилтийн ерөнхий дүрмүүд онцгой шаардлагатай болсон. Эрдэмтэд нийтлэг хэлээр ярих шаардлагатай байсан: нэг хөл нь хэдэн сантиметр вэ? Францад итали хэлтэй адилгүй байхад сантиметр гэж юу вэ?
Францыг түүхэн хэмжилзүйн тулалдааны ялагч, хүндэт ахмад дайчин гэж нэрлэж болно. Энэ нь 1791 онд Францад хэмжилтийн системийг албан ёсоор баталж, тэднийнэгж, үндсэн физик хэмжигдэхүүний тодорхойлолтыг улсын баримт бичиг болгон тайлбарлаж баталгаажуулсан.
Францчууд хамгийн түрүүнд физик хэмжигдэхүүнийг байгалийн объекттой холбох ёстой гэдгийг ойлгосон. Жишээлбэл, нэг метрийг хойд зүгээс урагшаа экватор руу чиглэсэн меридианы уртын 1/40,000,000 гэж тодорхойлсон байдаг. Ийнхүү тэрээр дэлхийн хэмжээтэй холбоотой байв.
Нэг грамм нь мөн байгалийн үзэгдлүүдтэй холбоотой байдаг: үүнийг тэгтэй ойролцоо температурт (мөс хайлах) куб см дэх усны масс гэж тодорхойлсон.
Гэхдээ дэлхий огтхон ч төгс бөмбөг биш бөгөөд шоо хэлбэрийн ус нь хольц агуулсан бол олон төрлийн шинж чанартай байж болох нь тодорхой болсон. Тиймээс манай гаригийн өөр өөр хэсгүүдэд байгаа эдгээр хэмжигдэхүүнүүдийн хэмжээ бие биенээсээ бага зэрэг ялгаатай байв.
19-р зууны эхээр математикч Карл Гаусс тэргүүтэй Германчууд энэ бизнест орж иржээ. Тэрээр сантиметр грамм секундын хэмжүүрийн системийг шинэчлэхийг санал болгож, түүнээс хойш метрийн нэгжүүд дэлхий, шинжлэх ухаанд нэвтэрч, олон улсад хүлээн зөвшөөрөгдөж, физик хэмжигдэхүүний нэгжийн олон улсын систем бүрэлдэн бий болсон.
Меридианы урт ба нэг шоо усны массыг Парис дахь Жин хэмжүүрийн товчоонд хадгалагдаж байсан стандартаар сольж, хувь хэмжээг хэмжигдэхүүнд оролцогч улс орнуудад тараахаар шийдсэн. конвенц.
Килограмм нь цагаан алт, иридиумын хайлшаар хийгдсэн цилиндр шиг харагдаж байсан бөгөөд энэ нь эцсийн дүндээ төгс шийдэл болж чадаагүй юм.
Физик хэмжигдэхүүний нэгжийн олон улсын систем SI нь 1960 онд үүссэн. Эхэндээ зургааг багтаасанүндсэн хэмжигдэхүүнүүд: метр ба урт, килограмм ба масс, секунд дэх хугацаа, ампер дахь гүйдлийн хүч, келвин дэх термодинамик температур, кандела дахь гэрлийн эрч хүч. Арван жилийн дараа тэдэн дээр дахин нэг бодис нэмэгдсэн нь мольоор хэмжигдэх бодисын хэмжээ юм.
Олон улсын системийн физик хэмжигдэхүүний бусад бүх нэгжийг үндсэн нэгжүүдийн дериватив гэж үздэг, өөрөөр хэлбэл SI системийн үндсэн хэмжигдэхүүнүүдийг ашиглан математикийн аргаар тооцоолж болно гэдгийг мэдэх нь чухал.
Стандартаас хол
Физик стандартууд нь хамгийн найдвартай хэмжилтийн систем биш болсон. Килограммын стандарт нь өөрөө болон түүний хуулбарыг улс орнуудтай үе үе бие биетэйгээ харьцуулдаг. Тохируулга нь янз бүрийн шалтгааны улмаас үүсдэг эдгээр стандартуудын массын өөрчлөлтийг харуулж байна: баталгаажуулалтын явцад тоос шороо, индэртэй харилцах эсвэл өөр зүйл. Эрдэмтэд эдгээр таагүй нюансуудыг удаан хугацаанд анзаарсан. Хэмжил зүйн олон улсын системийн физик хэмжигдэхүүний нэгжийн параметрүүдийг шинэчлэх цаг болжээ.
Тиймээс хэмжигдэхүүний зарим тодорхойлолт аажмаар өөрчлөгдсөн: эрдэмтэд физик хэмжигдэхүүнээс холдохыг оролдсон бөгөөд энэ нь тодорхой хугацааны туршид параметрүүдийг өөрчилсөн. Хамгийн сайн арга бол гэрлийн хурд эсвэл атомын бүтцийн өөрчлөлт гэх мэт өөрчлөгдөөгүй шинж чанарын хувьд хэмжигдэхүүнийг гаргаж авах явдал юм.
SI систем дэх хувьсгалын өмнөхөн
Олон улсын физик хэмжигдэхүүний нэгжийн систем дэх технологийн үндсэн өөрчлөлтийг Олон улсын жин, хэмжүүрийн товчооны гишүүдийн санал хураалтаар жил бүр болдог бага хурал дээр хийдэг. Хэрэв батлагдсан бол өөрчлөлтүүд хэдхэн цагийн дараа хүчин төгөлдөр болносар.
Энэ бүхэн судалгаа, туршилт нь хэмжилт, томъёололд хамгийн өндөр нарийвчлал шаарддаг эрдэмтдийн хувьд маш чухал юм.
2018 оны шинэ жишиг стандартууд нь ямар ч газар, цаг хугацаа, масштабаар ямар ч хэмжилтийн нарийвчлалын дээд түвшинд хүрэхэд тусална. Мөн энэ бүхэн ямар ч алдаагүй.
SI систем дэх хэмжигдэхүүнийг дахин тодорхойлох
Энэ нь үндсэн долоон физик хэмжигдэхүүний дөрөвт хамаарна. Дараах хэмжигдэхүүнүүдийг нэгжээр дахин тодорхойлохоор шийдсэн:
- килограмм (масс) илэрхийлэлд Планк тогтмолын нэгжийг ашиглан;
- ампер (гүйдэл) цэнэгийн хэмжилттэй;
- келвин (термодинамик температур) Больцманы тогтмолыг ашиглан нэгж илэрхийлэлтэй;
- мэнгэ Авогадро тогтмол (бодисын хэмжээ).
Үлдсэн гурван хэмжигдэхүүний хувьд тодорхойлолтын үг хэллэг өөрчлөгдөх боловч мөн чанар нь өөрчлөгдөхгүй:
- метр (урт);
- секунд (цаг);
- кандела (гэрлийн эрч хүч).
Амператорын өөрчлөлт
Олон улсын SI систем дэх физик хэмжигдэхүүний нэгж болох ампер гэж юу вэ гэдгийг 1946 онд санал болгосон. Тодорхойлолтыг нэг метрийн зайд вакуум дахь хоёр дамжуулагчийн хоорондох гүйдлийн хүч чадалтай холбож, энэ бүтцийн бүх нарийн ширийн зүйлийг зааж өгсөн. Буруу болон нүсэр хэмжилт нь өнөөдрийн үүднээс энэ тодорхойлолтын хоёр гол шинж чанар юм.
Шинэ тодорхойлолтоор ампер гэдэг нь тэнцүү цахилгаан гүйдэл юмсекундэд тогтсон тооны цахилгаан цэнэгийн урсгал. Нэгжийг электрон цэнэгээр илэрхийлнэ.
Шинэчлэгдсэн амперыг тодорхойлохын тулд электронуудыг хөдөлгөх чадвартай дан электрон шахуурга гэж нэрлэгддэг ганц хэрэгсэл хэрэгтэй.
Шинэ мэнгэ ба цахиурын цэвэршилт 99.9998%
Мэнгэ гэдэг хуучин тодорхойлолт нь 0.012 кг масстай нүүрстөрөгчийн изотопын атомын тоотой тэнцэх бодисын хэмжээтэй холбоотой.
Шинэ хувилбарт энэ нь тодорхой тооны бүтцийн нэгжид агуулагдах бодисын хэмжээ юм. Эдгээр нэгжийг Авогадро тогтмол ашиглан илэрхийлнэ.
Авогадрогийн дугаартай холбоотой санаа зоволт бас их байна. Үүнийг тооцоолохын тулд цахиур-28 бөмбөрцөг үүсгэхээр шийдсэн. Цахиурын энэхүү изотоп нь нарийн болор тороороо төгс төгөлдөрт ялгагдана. Тиймээс бөмбөрцгийн диаметрийг хэмждэг лазерын системийг ашиглан түүний доторх атомын тоог нарийн тоолж болно.
Цахиур-28 бөмбөрцөг болон одоогийн цагаан алт-иридийн хайлш хоёрын хооронд үндсэн ялгаа байхгүй гэдэгтэй мэдээж маргаж болно. Энэ болон бусад бодис хоёулаа атомаа алддаг. Хожигдсон, зөв. Гэвч цахиур-28 нь тэдгээрийг урьдчилан таамаглах хурдаар алдаж байгаа тул лавлагаанд байнга тохируулга хийх болно.
Бөмбөлөгт зориулсан хамгийн цэвэр цахиур-28-ийг саяхан АНУ-аас олж авсан. Түүний цэвэр байдал 99.9998%.
Тэгээд одоо Келвин
Келвин нь олон улсын систем дэх физик хэмжигдэхүүний нэгжүүдийн нэг бөгөөд термодинамик температурын түвшинг хэмжихэд ашиглагддаг. "Хуучин аргаар" 1/273, 16-тай тэнцүү байнаусны гурвалсан цэгийн температурын хэсгүүд. Усны гурвалсан цэг нь маш сонирхолтой бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Энэ нь усны "уур, мөс, ус" гэсэн гурван төлөвт нэгэн зэрэг байх температур ба даралтын түвшин юм.
"Хоёр хөл дээрээ доголон" гэсэн тодорхойлолт нь дараахь шалтгааны улмаас: Келвиний үнэ цэнэ нь онолын хувьд мэдэгдэж буй изотопын харьцаатай усны найрлагаас хамаардаг. Гэвч амьдрал дээр ийм шинж чанартай ус авах боломжгүй байсан.
Шинэ келвинийг дараах байдлаар тодорхойлно: нэг келвин нь дулааны энергийн 1.4 × 10−23j өөрчлөлттэй тэнцүү байна. Нэгжийг Больцманы тогтмолыг ашиглан илэрхийлнэ. Одоо хийн бөмбөрцөг дэх дууны хурдыг тогтоосноор температурын түвшинг хэмжих боломжтой.
Стандартгүй килограмм
Парис хотод иридиумтай цагаан алтны стандарт байдгийг бид аль хэдийн мэдэж байгаа бөгөөд хэмжил зүй болон физик хэмжигдэхүүний нэгжийн системд ашиглах явцад жингээ ямар нэгэн байдлаар өөрчилсөн.
Килограммын шинэ тодорхойлолт нь: Нэг килограммыг Планкийн тогтмолыг 6.63 × 10−34 m2 -д хуваасан хэлбэрээр илэрхийлнэ. с−1.
Массын хэмжилтийг одоо "ватт" хэмжигдэхүүнээр хийж болно. Энэ нэр нь таныг хуурах хэрэггүй, эдгээр нь ердийн жин биш, харин жингийн нөгөө талд хэвтэж буй зүйлийг өргөхөд хангалттай цахилгаан юм.
Физик хэмжигдэхүүний нэгж, тэдгээрийн системийг бүхэлд нь бүтээх зарчмуудад өөрчлөлт оруулах нь юуны түрүүнд шинжлэх ухааны онолын салбарт шаардлагатай байна. Шинэчлэгдсэн системийн гол хүчин зүйлүүдодоо байгалийн тогтмолууд болсон.
Энэ бол суурь физикийн хуулиудад тулгуурлан нэгжийн оновчтой хэмжилт, тодорхойлолтыг олоход удаан хугацааны турш хүчин чармайлт гаргаж байсан олон улсын ноцтой эрдэмтдийн олон жилийн үйл ажиллагааны логик дүгнэлт юм.
