Kromě cenného kilogramu má Mendělejevův výzkumný ústav v Petrohradě standardní metr, ampér a kelvin
Co by se proměnilo v náš život, kdyby jednotky měření náhle zmizely - všechny tyto volty, gramy, kelviny? Ani se dívat na televizi, ani jít do obchodu, ani se oblékat do počasí. A to jsou stále květiny.
- Jakýkoli příjem informací - vizuálních, textových, sluchových - je ve skutečnosti měřením: když rozlišujeme slova, symboly, obrázky, porovnáváme je s něčím, - vysvětluje Kirill Gogolinsky, ředitel Mendělejevova celoruského výzkumného institutu metrologie. - Přesnost měření určuje úroveň ekonomického rozvoje státu a rychlost jeho vývoje.
SKVĚLÉ SEDM
Metrologie, věda, která zajišťuje jednotnost měření, pomáhá mluvit stejným jazykem do celého světa. Pokud by to nebylo pro ni, lidstvo by nemohlo organizovat obchod, navázat práci inženýrských komunikací, dokonce ani sestavit auto.
Mendělejevův institut - kolébka ruské metrologie Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Ztělesněním míry je buď zařízení (například pravítko), nebo předmět (stejné hmotnosti). Zařízení a objekty, ze kterých se pořizuje mnoho kopií, se nazývají standardy. Každý stát se snaží vytvořit co nejvíce standardů a použít pro to ty nejvyšší technologie, aby nešel pokaždé k sousedům nebo do Francie za ideální váhou (je tam uložen hlavní kilogram světa).
Propagační video:
- Dnes v naší zemi existuje 164 standardů, - vysvětluje vedoucí Rosstandart Alexej Abramov. - Rusko je jednou z pěti zemí, které aktivně podporují metrologii.
Některé standardy jsou uloženy v termosce, budově uvnitř budovy Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
54 ze 164 standardů je uloženo ve Výzkumném ústavu Mendělejev, „kolébce ruské metrologie“. Všechny světové standardy se rodí ze sedmi základních veličin: metr (délka), kilogram (hmotnost), sekunda (čas), ampér (elektrický proud), kelvin (teplota), mol (množství látky) a kandela (svítivost).
Státní normy jsou národním pokladem. Ale tato nádherná sedmička je mezi nimi nejcennější. A čtyři míry - metr, ampér, kelvin a kilogram - jsou uloženy v Petrohradě.
NEJLEPŠÍ NA ZEMI
- Jsme nejlepší na světě v kelvinu! - řekni institut. - Domácí vývoj je schopen rozšířit rozsah až na 3 473 stupňů Kelvina a snížit chybu v reprodukci jednou a půl až dvakrát.
Kelvin zabírá půl místnosti Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Nula na Kelvinově stupnici se rovná mínus 273 stupňů Celsia. Teplotní standard zdaleka nevypadá jako teploměr: instalace nejsložitějších tepelných zářičů, různých čoček, dvou absolutně černých těles a několika počítačů na základě kvantových efektů zabere polovinu místnosti. Sedmdesát procent částí jsou ruské.
Místnost, kde kelvin „žije“, je udržována na konstantní teplotě: i krátkodobý pobyt společnosti lidí v laboratoři ovlivňuje odečty.
Měření teploty se skládá z mnoha zářičů a čoček Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Teď porovnáváme náš kelvin s Japonci, - vysvětluje strážce kelvina Anatoly Pokhodun. - Samotný proces trvá hodně času: porovnávat v jednom bodě - asi dvě hodiny, a přesto je to v mnoha případech nutné. Jedna osoba to nemůže udělat. Příprava na toto srovnání trvala deset let.
STUDENÝ PÁR
Králem mezi elektrickými veličinami je ampér. Ale pomalu dochází k přeorientování na kvantové standardy voltu (napětí) a ohmu (odpor). Volt „žije“ve složité instalaci umístěné ve stíněné místnosti. Měření se provádějí při velmi nízkých teplotách.
- Při reprodukci speciálních elektrických veličin se používají nejnižší teploty, - vysvětluje držitel voltu Alexander Katkov. - Teploty dosahují milikelvinů. Tepelné vibrace atomů v nich jsou tak malé, že nezničí elektrické vlastnosti materiálů. Volty při čtyřech kelvinech se měří s přesností deset na mínus jedenáctý výkon.
Přibližně takto vypadá referenční volt Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
V podstatě je volt mikroobvod uložený v kapalném héliu. "Vyvinuli jsme jediný přenosný voltový standard na světě," poznamenává Kirill Gogolinsky. - S jeho pomocí byla provedena mezinárodní srovnání a my jsme ukázali nejlepší výsledky na světě.
Ohm také preferuje extrémní chlad. Odpor lze vysledovat doslova jedním elektronem.
- Jedním z problémů je přítomnost magnetického pole, - říká strážce ohmu Jurij Semenov. - Není snadné dostat z toho mikrostruktury. Musíme však měřit nanomnožství.
… A tak - ach Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Uprostřed Voltovy laboratoře je kamenný stůl. Ale to není jen kus nábytku: to je … vrchol třípatrového 750tunového základu samostatné budovy umístěné v budově. Betonová „termoska“je nezávislá na vnějších stěnách. Koneckonců, ani sebemenší vibrace - z rušného Moskovského prospektu, z nedaleké stanice metra Tekhnologichesky Institut, z tramvají jezdících na Zagorodnoye - by neměla dosáhnout svatého svatého až do kilogramu.
„MYSLENÍ“A „STARŠÍ“
Pokud jsou standardy šesti základních měrných jednotek založeny na fyzikálních konstantách a nezávisí na „železu“, pak je kilogram posledním standardem artefaktu. To je sice dokonalé, ale objekt.
Žádné kryty a násypky nemohou zachránit kov před “ hubnutím“ Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
„Světovým standardem pro kilogram je hmotnost uložená v Sevres u Paříže,“vysvětluje Gogolinsky. - Jeho kopie jsou ve všech metrologických ústavech světa. Situace je taková: pokud ve Francii ukradnete primární kilogram, ztratí celý svět jeden kilogram.
Hlavní ruské kilo (a jeho náhradní dvojče) je staré 125 let. Jedná se o závaží vyrobené ze slitiny platiny a iridia o výšce a průměru 39 milimetrů. Kilogram je uložen pod vzduchotěsným uzávěrem v trezoru se třemi zámky v samostatném bunkru v laboratoři s určitou vlhkostí a teplotou, která je umístěna v budově „termosky“.
Perfektní kilogram vyjádřený konstantami je sen metrologa Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Standard každých pět let vyjmeme pro srovnání s kopiemi, - říká strážce kilogramu Viktor Snegov. - Naposledy byly srovnávány s pařížským standardem v letech 1993 a 2013.
Ale i za takových podmínek ruský kilogram „zhubnul“. Zatím jeden mikrogram s chybou měření tři mikrogramy. Jeho francouzský předek se ale postupem času zesvětlil o padesát mikrogramů. Důvodem je podle vědců pohyb atomů a mikrotransfer kovových částic na nosiče během srovnávání.
Otevření trezoru kilogramem je slavnostní a namáhavý postup Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Předchozí světový standard pro kilogram byl mnohem méně spolehlivý a pohodlný: byl to kubický decimetr destilované vody. Standard hmotnosti nedobrovolně závisel na standardu délky. Nyní existují vakuové komparátory - ultramoderní váhy, které jsou schopné počítat objekt podle atomů.
Komparátor je zůstatek, který dokáže počítat atomy Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
"V rámci hranice chyby se náš současný kilogram nezměnil, ale požadavky rostou," říká Kirill Gogolinsky. - Problém není jen s přesností, ale také se zachováním a reprodukcí kilogramu jako takového.
43 NULA
Rozvíjející se ekonomika a průmysl vyžadují zvýšení počtu desetinných míst.
"Předefinování je již dávno hotové: přesný průmysl, jako je farmakologie, se aktivně rozvíjí," poznamenává Alexey Abramov. - Ale přínos metrologie pro ekonomiku je jedno procento HDP.
Standard standardní hmotnosti je také starý 125 let Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Světová komunita plánuje v roce 2018 přejít od umělých standardů k absolutně přesným kvantovým hodnotám.
„Existují dva mezinárodní projekty věnované novému standardu kilogramu,“vysvětluje Viktor Snegov. - První je stanovení kilogramu pomocí Planckovy konstanty pomocí takzvaných wattových stupnic, které porovnávají mechanickou a elektrickou energii. Druhým je dráha konstantního Avogadra a křemíkové koule.
Kilogramovou kouli izotopu křemíku 28 lze zaměnit za stejnou hmotnost. Existuje však jeden důležitý rozdíl: vědci vědí, kolik atomů je v této kouli. Je hrozné říci, že je jich tam asi padesát septilionů (po pěti - 43 nula). Pokud se lidstvo přesune z váhy na kouli, pak bude zodpovězena otázka, co je kilogram: „To je hmotnost tolika atomů křemíku-28.“Komparátory pomohou reprodukovat nové standardy. A žádné stárnutí kovu, žádné nesrovnalosti.
Hlavní kilogram Ruska má mnoho „potomků“z oceli Foto: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Křemík je velmi stabilní prvek: rozpadá se po miliardy let, jeho oxidační vrstva je minimální, - vysvětlují vědci. "Má jasnou krystalovou strukturu, takže mletím lze dosáhnout stejného počtu atomů v průměru ve všech směrech." Míč je nejoptimálnější tvar.
Na světě nyní existuje asi sto takových sfér. První dva stály dva miliony eur: leštění nejčistšího křemíku ruské výroby, které proběhlo v Austrálii, trvalo dva roky.
V TUTO CHVÍLI:
V Lomonosově se objeví technopark, kde budou vytvořeny nové standardy
V boji za nezávislost na dovozu Rusko „tlačí“na metrologii. Na základě Mendělejevova výzkumného ústavu v Lomonosově se objeví technopark, který vytvoří nové standardy a vyvine automatické měřicí systémy.
„Technopark spojí ruské vývojáře a výrobce měřicí techniky a kompetence Rosstandart,“říká Andrey Khovanskiy, vedoucí oddělení investičních projektů VNIIM pojmenovaného po Mendělejevovi. - Plánujeme úplné vyloučení dovozu. Pokud je to nyní 89 procent, pak do roku 2020 to bude nejméně padesát.
VNIIM pojmenoval Mendeleev / kp.ru
Technopark bude plně funkční v roce 2022. Nyní na ploše 35,5 hektaru se nachází osmnáct budov, včetně jedinečných budov: budovy odolné proti hluku, podzemní laboratoře. Je pravda, že potřebují opravy. Během první etapy se na místě objeví pět průmyslových budov, logistický komplex, kancelářská budova a tři obytné budovy pro nerezidentní specialisty.
Design bude trvat rok, oprava a stavba další dva. Všechno potřebuje 9,1 miliardy rublů.
VNIIM pojmenoval Mendeleev / kp.ru
Nejprve se bude technopark zabývat automatizovanými měřicími systémy v oblasti ekologie. Plány zahrnují elektrochemická měření pro medicínu, metrologii „inteligentních“kyberfyzikálních systémů, metrologii plynárenského a petrochemického komplexu. A zároveň - vývoj referenční základny. Obyvatelé to navíc budou dělat pouze na svém vlastním vybavení.
„Diskutujeme o balíčku daňových pobídek pro technoparky,“říká Maxim Meiksin, předseda petrohradského výboru pro průmysl a inovace. - Vytvoření měřicího zařízení a všeho, co s ním souvisí, bude zahrnuto do seznamu činností, pro které budou nulové sazby daně vynulovány.
Asi deset organizací je již připraveno pracovat v technoparku. Smolny věří, že Lomonosov Technopark se stane „vážným průlomovým projektem“.
Anna POSLYANOVÁ