Самые точные весы в мире и как они работают

Недавно значение килограмма отвязали от физического эталона, и теперь он рассчитывается исключительно математически. Это позволило инженерам воплотить в жизнь свою давнюю мечту и создать Kibble – самые точные весы на Земле.

Теперь, когда килограмм не связан с его физической формой, его можно измерить где угодно. По крайней мере, такова теория, которая легла в основу разработки прототипа устройства под названием Kibble, созданного учеными из Национального института стандартов и технологий (NIST) в Гейтерсберге, штат Мэриленд. Идея вызревала десятилетиями, но теперь она как никогда близка к воплощению.

За пределами США, Англии и еще нескольких стран, которые до сих пор используют единицы измерения времен империи (такие как футы и мили), подавляющее большинство планеты пользуется Международной системой единиц (СИ). Она также известна как метрическая система, которая на протяжении веков использовала физические ориентиры относительно значения той или иной единицы – к примеру, того же килограмма. Однако не так давно физический стандарт был упразднен, и вместо него теперь килограмм рассчитывается с помощью постоянной Планка.

«После фиксации постоянной Планка массу можно напрямую рассчитать на любом уровне, а килограмм теперь стоит считать лишь исторически уникальным эталоном», поясняет ведущий автор Леон Чао и его команда из NIST в своей статье.

Kibble – это невероятно точная машина для взвешивания. Она получила свое название в честь Брайана Киббла из Национальной физической лаборатории США (NPL), который в 1975 году разработал концепцию данного устройства. Согласно NIST, в Kibble «вес испытательной массы точно компенсируется силой, возникающей при прохождении электрического тока через катушку с проволокой, погруженную в окружающее ее магнитное поле». Машина измеряет ток и напряжение в катушке, результат которого выражается в ваттах, единицах СИ. Этот результат эквивалентен механической силе измеряемой массы. По сути, он связывает измеряемую массу с электромагнитными величинами через постоянную Планка.

Но теперь, когда постоянная Планка стала универсальной константой для определения килограмма, устройство приобрело новое значение. Хотя полноразмерные весы Kibble могут занимать целые комнаты, новая, уменьшенная версия имеет высоту около 0,5 метра и будет стоить $50 000. Конечно, купить такие весы себе на кухню сможет не каждый, но это и ни к чему. Точность подобного аппарата пригодится в первую очередь для отраслей, где важны чрезвычайно точные измерения, таких как фармацевтика или вычислительная физика.