Национальный прототип килограмма в США

Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) является официальным хранителем прототипа килограмма, блестящего цилиндра из сплава платины и иридия, который уже больше 130 лет служит теоретической отправной точкой для всех производных калибровок веса в США.

Сама идея стандартизировать измерения уходит корнями в глубокую древность и является важной основой торговли: нельзя обменять сокровище на продукты питания, предварительно не договорившись о количестве того и другого. Но только в эпоху Просвещения были предприняты серьёзные усилия по согласованию международных стандартов, призванных заменить противоречивую мешанину региональных единиц измерения.

В 1875 году международная конференция ратифицировала Метрическую конвенцию и признала французский Le Grand K эталоном, на основе которого будут устанавливаться все остальные стандартные килограммы. Это стало крупным научным прорывом для мирового сообщества, но всё же потребовало определённой доли ручного труда.

Инженер-механик NIST доктор Джон Пратт рассказал, что «они объявили один вес единым и буквально начали полировать камни», стачивая производные стандарты до тех пор, пока все они не соответствовали эталонному килограмму. Стандарты сравнивали друг с другом «на руках» (представьте себе образ Фемиды), но, тем не менее, они были поразительно точными.

В 1899 году была изготовлена 20-я версия Le Grand K, которую отправили в плавание к берегам Америки. Правительство крайне редко вынимало этот прототип, чтобы сохранить его целостность, и изготовило несколько «рабочих стандартов» для повседневного использования.

Национальный прототип в настоящее время хранится в помещении на глубине 18 м под землёй в лаборатории передовых измерений NIST в Гейтерсберге, штат Мэриленд. Это сооружение является образцом самых совершенных средств защиты, которые человечество способно создать, когда оно действительно стремится защитить объект. Лаборатория контролирует температуру, влажность, вибрацию и электромагнитные помехи. Частью лаборатории также является гигантская клетка Фарадея. Д-р Пратт объясняет, что наиболее чувствительные части лаборатории «расположены на изолированном бетонном блоке весом в сорок тонн, который плавает на пневматических пружинах», и что он фактически невосприимчив к вибрациям, вызванным океанскими волнами, разбивающимися о берег.

По словам Пратта, защитные меры необходимы из-за чувствительности прототипа к воздействию окружающей среды. «Если вы возьмёте эту штуку голой рукой, частички жира с ваших пальцев оставят на цилиндре 30 микрограммов дополнительного веса. Это выше той погрешности, которую мы указываем, примерно в пять раз».

Несмотря на принятые меры предосторожности, международные стандарты килограмма начали постепенно отклоняться друг от друга, поскольку во время их чистки стираются мелкие частички или молекулы поглощаются цилиндрами (трудно сказать, что именно происходит). Научное сообщество стало рассматривать переопределение килограмма, и это изменение позволило бы отказаться от определения веса в соответствии с «артефактом размером с мяч для гольфа, который хранится в одном месте, а вместо него использовать физическую константу». В 2018 году на место эталонного килограмма пришла постоянная Планка.

Полезно знать

Лаборатория передовых измерений — это помещение с ограниченным доступом, но другие стандарты представлены в музее NIST, который открыт для всех сотрудников и их зарегистрированных гостей.