Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

установили, что металлический блеск перьев павлина связан с преломлением света в крошечных пузырьках. Следует особо отметить еще одно открытие в области изучения продовольствия, сделанное в 2008 году. Студенты из Аппалачского государственного университета наконец определили, почему диетическая кола взрывается, если в нее бросить конфетку Mentos. Все дело в пузырьках. Зернистая поверхность Mentos действует как своеобразная сетка, захватывающая мельчайшие пузырьки и объединяющая их в более крупные. В какой-то момент несколько огромных пузырей лопаются, и струя жидкости выстреливает вверх на несколько метров. Несомненно, это открытие было одним из самых зрелищных достижений в пузырьковой науке с тех самых пор, как Дональд Глазер вглядывался в свое светлое пиво и мечтал о том, как он совершит переворот в таблице Менделеева.

Вспомните самого противного преподавателя естественных дисциплин, который когда-либо у вас был. Того самого, который безжалостно снижал оценку, если шестой знак после запятой в вашем ответе был округлен неправильно, у которого на футболке красовалась таблица Менделеева, который поправлял каждого, кто по недомыслию говорил «вес» вместо «масса». Еще он заставлял всех надевать защитные лабораторные очки, даже если требовалось размешать сахар в стакане. А теперь представьте человека, который даже такому учителю показался бы невыносимо дотошным. Люди именно такого сорта работают в бюро стандартов и метрологии.

В большинстве стран есть подобные учреждения, перед сотрудниками которых стоит задача измерить решительно все – от того, какова точная длительность секунды, до того, при каком содержании ртути в говяжьей печени эту печень допускается употреблять в пищу (она очень низкая, если верить американскому Национальному институту стандартов и технологий). Для ученых, работающих в бюро по стандартизации, измерения – не просто практическая деятельность, обеспечивающая существование науки, они практически приравнивают науку к измерениям. Прогресс в любых научных дисциплинах, от пост-эйнштейновской космологии до астробиологических поисков внеземной жизни, зависит от нашего умения производить все более точные измерения, опираясь на все более ничтожные крупицы информации.

В центре расположен международный эталон килограмма – цилиндр диаметром 39 мм, состоящий из платины и иридия. Эталон килограмма постоянно находится под тремя стеклянными колпаками, сложенными по принципу матрешки. В ячейке, где находится эталон килограмма, тщательно контролируется температура и влажность. Вокруг находится шесть его официальных копий, каждая под двумя стеклянными колпаками. Копии изготовлены с разрешения МБВМ, которое обладает официальными авторскими правами на килограмм

По причинам исторического характера (многие великие деятели французского Просвещения были страстными метрологами) Международное бюро мер и весов находится поблизости от Парижа. Оно задает стандарты для всех остальных бюро стандартов в мире, гарантируя, что все «франшизы» соответствуют эталонам. Одно из самых исключительных достижений этого бюро – создание эталона килограмма. Эталон килограмма представляет собой цилиндр, на 90 процентов состоящий из платины, имеющий высоту 39 миллиметров. Масса этого цилиндра по определению составляет 1,000000000… (еще сколько угодно нулей) килограмм.

Поскольку эталон килограмма – это физическое тело (которое можно повредить), а также потому что эталон должен оставаться постоянным, МБМВ должно гарантировать, что это цилиндр никогда не будет поцарапан, на него не сядет ни пылинки, не исчезнет (бюро на это рассчитывает!) ни единый атом! Если произойдет что-либо подобное, то масса эталона может взлететь до 1,0000000… 1 кг или, наоборот, рухнуть до 0,9999999…9 кг. Сама возможность такого происшествия не дает спокойно спать сотрудникам бюро стандартов. Поэтому они, как няньки, постоянно отслеживают температуру и давление в ячейке, чтобы исключить малейшее расширение или сжатие – любое возмущение, которое могло бы потревожить атомы. Поверх эталона установлено три стеклянных колпака, которые должны предотвратить конденсацию влаги на цилиндре и образование тончайшей водяной пленки на его поверхности. Килограмм изготовлен из металлов с очень высокой плотностью, – платины и иридия – чтобы минимизировать поверхностную площадь эталона, соприкасающуюся с тем грязным воздухом, которым мы дышим. Кроме того, платина превосходно проводит электричество, поэтому на эталоне почти не накапливается «паразитическое» статическое электричество, которое могло бы притянуть к цилиндру лишние залетные атомы.

Наконец, исключительная твердость платины сводит к минимуму вероятность возникновения случайных царапин в тех редких ситуациях, когда люди все-таки прикасаются руками к эталону килограмма. В других странах нужны собственные 1,00000000… -килограммовые цилиндры, чтобы не приходилось летать в Париж всякий раз, когда требуется измерить точный вес какого-либо предмета. Поскольку эталон килограмма находится именно во Франции, все национальные эталоны должны сравниваться с ним. Так, США обладают цилиндром К20 (то есть двадцатой официальной копией), который хранится в государственном учреждении в штате Мэриленд. По словам Зейны Джаббур, руководительницы отдела по работе с массой и силой Национального института стандартов и технологий, с 2000 года этот образец калибровался лишь однажды, причем это было сделано в рамках другой калибровки. Но калибровка – это многомесячный процесс, а новые требования по соблюдению безопасности, принятые в 2001 году, превратили доставку К20 в Париж (на самолете) в изрядную проблему. «На протяжении всего полета нам приходилось носить наш эталон на руках, – вспоминает Джаббур, – можете себе представить, как сложно пронести в аэропорту металлический слиток через все службы безопасности, постоянно внушая сотрудникам, что прикасаться к эталону нельзя». Ведь даже когда приходилось открывать в «пыльном аэропорту» специальный кейс, в котором хранится национальный эталон килограмма, это могло повредить цилиндр, «ну а если бы кто-нибудь до него дотронулся, то о калибровке можно забыть».

Как правило, МБВМ использует для калибровки национальных эталонов одну из шести официальных копий килограмма (каждая из них хранится под двумя стеклянными колпаками). Но официальные копии также должны быть сверены со стандартом. Поэтому раз в несколько лет ученые достают килограмм из ячейки. (Разумеется, это делается при помощи щипцов, специалисты надевают латексные перчатки. Конечно, дело не в том, что они боятся оставить отпечатки, а в том, что более распространенные перчатки, покрытые тальком, могут оставить пыль. Наконец, эталон нельзя слишком долго держать в руках, поскольку из-за этого он может нагреться – и вся работа пойдет насмарку.) Таким образом, эталоны калибровки тоже калибруются[160]. В ходе всех калибровок, выполненных в 1990-е годы, ученые с тревогой заметили, что эталон килограмма потерял за последние несколько десятилетий почти целый вес отпечатка пальца (!), то есть терял до половины микрограмма в год. Это странное явление пока не удается объяснить, даже с поправкой на то, что при прикосновении к эталону от него могут отлетать какие-то единичные атомы.