Apvaliausias objektas pasaulyje - silicio-28 rutulys

Netrukus galėsite pasižiūrėti vaizdo siužetą, kuriame prisiliečiama prie 1 kilogramą sveriančio silicio-28 rutulio. Prie jo yra lietęsi tik keletas žmonių ir, savaime suprantama, ne plikomis rankomis.

Žaliava, iš kurios šis rutulys padarytas, verta 1 milijono eurų. Dabar jis taip idealiai nupoliruotas, kad yra apvaliausia sfera Žemėje. Kokia šio rutulio vertė? „Jis – neįkainojamas“, - neslepia laboratorijos daktarė Keitė Gryn (Katie Green).

Šis rutulys yra apvaliausias objektas Žemėje. Kaip žinoti, kad jis idealiai apvalus? Juk, iš pažiūros, ir Žemė yra labai apvali?

"Jei jis būtų išdidintas iki Žemės dydžio, skirtumas tarp aukščiausio kalno ir giliausios įdubos būtų apie 40 metrų, - apie idealų šio objekto apvalumą pasakoja K. Gryn (palyginimui: Everestas 8 848 m + Marianų įduba 10 911 m = 19 759 m). Įspūdinga.

Bet kurių galų investuoti milijonus eurų ir tūkstančius daugybės darbo valandų tam, kad turėtumei tobulai nupoliruotą silicio rutulį? Atsakymas – žodelis „grave“. Angliškai jis reiškia antkapį, kapą, o štai prancūzų kalboje jis skamba „grav“. Gravas. Gravas metrinėje SI sistemoje (Systeme Internationale d'unites) nuo 1793 m. buvo 1 kilogramo etalonas.

Tais metais komisija, kurios sudėtyje buvo ir garsus mokslininkas Antuanas Lavuazjė (Antoine Lavoisier), apibrėžė pagrindinį masės matavimo vienetą – jis sveria tiek, kiek vienas kubinis decimetras 0°C temperatūros vandens.

Prancūziškas žodis „grave“ kilęs iš lotyniško „gravitas“, kuris reiškia „svoris“. Tačiau žodelis „gravas“ masės etalono soste išsilaikė neilgai, mat jis skamba panašiai į kitą, aristokratijos titulą apibūdinantį žodį „grafas“, o po Prancūzijos revoliucijos, skelbusios laisvę, lygybę ir brolybę, SI sistemoje negalėjo būti vienetas, „kilmingesnis“ už kitus.

O A. Lavuazjė neteko galvos. Tiesiogine prasme . Ne todėl, kad nežinojo, ką dabar daryti su vienu iš svarbiausių sisteminių matų, o todėl, kad dirbo mokesčių rinkėjų ir buvo dvarininkas. Tad reikalai išties baigėsi kapu...

Tačiau grįžkime prie masės mato. Naujoji vyriausybė nusprendė, kad gravas bus pernelyg didelis matas, todėl nutarė dėmesį sutelkti į gramą – vieną tūkstantąją gravo dalį. Tiesa, netrukus buvo įsitikinta, kad gramas visgi yra per mažas būti etalonu, todėl sugrįžta prie gravo. Tačiau šįkart jis buvo pavadintas ne gravu, o kilogramu (tūkstančiu gramų). Todėl kilogramas yra vienintelis iš septynių SI sistemos vienetų (molis, kelvinas, sekundė, metras, amperas, kandela ir kilogramas), savo pavadinime turintis priešdėlį.

1799 m. kilogramo apibrėžimas buvo performuluotas: tiek sveria vienas litras +4°C temperatūros (tada jis būna tankiausias) vandens. Tačiau netrukus buvo sukurtas kitas masės etalonas – grynos platinos cilindras. 1889 m. kilogramo etalonas buvo pakeistas į platinos ir iridžio lydinio cilindrą. Jis buvo kietesnis už pirmtaką, tačiau faktiškai identiškas. Visai neseniai jis tebebuvo kilogramo apibrėžimo įsikūnijimas. Oficialiai jis vadinamas Tarptautiniu kilogramo prototipu (arba "Le Garnd K arba Didžiuoju K).

Tai – bene vienintelis objektas visatoje, sveriantis lygiai vieną kilogramą. Be to, tai yra vienintelis iš SI sistemos septyniukės, kurį apibrėžia fizinis objektas. Jis, pavožtas po trimis varpo formos stikliniais kupolais, kartu su taip pat pavožtais šešiais dvyniais dienas leidžia patalpoje, kurioje kontroliuojama oro temperatūra. Toji patalpa – Tarptautinio svorių ir matų biure, Paryžiuje.

Kartu su kilogramo etalonu buvo pagaminta 40 identiškų jo kopijų. Jos buvo išsiuntinėtos po įvairias pasaulio valstybes kaip nacionaliniai masės mato standartai.

Tiesa, 1948 m. paaiškėjo, kad nors visi šie etalonai vienodi, maža to, laikomi vienodomis sąlygomis, jų masės per laiką labai nevienodai pasikeitė. O „Didžiojo K“ masė nebebuvo identiška šešiems šalia jo stovintiems dvyniams. Dar po 40 metų (1988 m.) jų masių skirtumai buvo dar didesni – 50 mikrogramų paklaida. Tiek sveria piršto atspaudas, tačiau jų likti ant etalonų negalėjo, nes jie buvo kruopščiai nuvalyti. Kokie procesai pakeitė svorį?

Spekuliacijų būta įvairių, tačiau aišku viena: platinos ir iridžio masė per ilgesnį laiką neišlieka stabili. O tai – problema: etalonas privalo būti stabilus. Maža to, keturi SI sistemos vienetai (molis, kandela, amperas ir pats kilogramas) tiesiogiai priklausomi nuo masės vieneto etalono. Ką ir bekalbėti apie kitus išvestinius matavimo vienetus – niutonus, džaulius, voltus ir vatus pan. Net ir tų valstybių, kuriose oficialus masės matas yra svaras – mat svaras yra 0,45359237 kilogramo.

Būtent todėl ir buvo sukurtas grynų gryniausio – tyro kaip ašara – silicio rutulys. O etalono funkciją jis atlieka netikėtai: mokslininkai skaičiuoja, kiek jį sudaro atomų. Suskaičiuoti juos yra neįmanoma, tačiau apskaičiuoti – visai kas kita. Verta atkreipti dėmesį ir į tai, kad šis rutulys sudarytas ne tik iš gryno silicio, o vien iš silicio-28 izotopo atomų. Būtent todėl žaliava buvo tokia brangi ir kainavo milijonus. Kaip jis buvo pagamintas – žiūrėkite šio video pasakojimo apie kilogramo etaloną pabaigoje.