DOI: https://doi.org/10.24027/2306-7039.3.2019.182187
Відкритий доступ Відкритий доступ  Обмежений доступ Доступ за передплатою

Чому керівники міжнародної метрології назвали Нову SI “фундаментально кращою” і чи може вона бути ще кращою?

Павло Іванович Неєжмаков, Юрій Федорович Павленко, Юлія Юріївна Буняєва

Анотація


26-та Генеральна конференція з мір та ваг (CGPM) у листопаді 2018 р. прийняла зміни до Міжнародної системи одиниць SI, яка одержала умовну назву Нової SI. Ці зміни набули чинності 20 травня 2019 р., у Всесвітній день метрології. Керівники міжнародної метрології назвали її “фундаментально кращою”. Обговоренню такої оцінки присвячено цю статтю.

У статті показано, що вся історія розвитку метрології — це пошук оптимальних фізичних величин і одиниць вимірювань, а також таких стабільних явищ і об’єктів природи, які могли б стати фундаментом для відтворення цих одиниць і створення еталонів.

Пройшло майже 150 років пошуків і окремих кроків, перш ніж ідеї вчених отримали практичне втілення у Новій SI — квантовій SI. В основі цієї системи лежать фундаментальні фізичні сталі (ФФС) — еталони природи, носіями розмірів одиниць стали мікрооб’єкти, а методами їх зв’язку з макросвітом — квантові явища і ефекти.

26-та CGPM прийняла остаточне рішення щодо нових визначень основних одиниць. У статті наведено витяг з Резолюції 1 26-ї CGPM 2018 р., а також додатки до неї.

Дається аналіз нових визначень основних одиниць. Показано, що нові визначення секунди, метра і кандели адекватні їх визначенням у попередній версії SI і відрізняються лише формулюваннями. Визначення кілограма є принципово новим і ґрунтується на фіксованому значенні сталої Планка. Суттєво нове визначення одержує і одиниця сили електричного струму. Це означає визнання квантових методів в електричних вимірюваннях, які на практиці підтвердили свої видатні метрологічні можливості. Визначення кельвіна через сталу Больцмана, як вважають спеціалісти, буде сприяти розвитку первинної термометрії і термодинаміки в цілому.

Також підкреслено фундаментальні переваги Нової SI та наведено перспективні завдання метрології.


Ключові слова


Нова SI; CGPM; ВІРМ; одиниці; перевизначення; фундаментальні фізичні сталі; еталони природи; квантові методи

Повний текст:

PDF

Посилання


The SI — fundamentally better. Message from BIPM and BIML Directors on the occasion of World Metrology Day 2019. Ukrainian Metrological Journal, 2019, no. 1, p. 3 (in Ukrainian).

Planck M. Ständiger Bejbachter der Preuβischen Akademie der Wissenschaften. 1899. Р. 440; Annalen der Physik, 1900, vol. 1, p. 69.

Stoney G. J., Rohrer H. The philosophical magazine and journal of science, 1881, vol. 11, p. 381.

Mills I. M., Mohr P. J., Quinn T. J. et al. Redefinition of the Kilogram, Ampere, Kelvin and Mole: A Proposed Approach to implementing CIPM Recommendation 1 (C1–2005). Metrologia, 2007, no. 2. pp. 5–57.

Nazarenko L. A. Etalonna fotometriya (evolyucia odinic i Metrichna konvenciya) [Standard photometry (The evolution of units and the Metre Convention)]. Ukrainian Metrological Journal, 2000, no. 1. pp. 29–35 (in Ukrainian).

Kononogov S. A. Metrologiya i fundamentalnyye fizicheskiye konstanty [Metrology and fundamental physical constants]. Moscow, Standartinform Publ., 2008. 269 p. (in Russian).

Kononogov S. A., Krasnopolin I. Ya., Semenchinsky S. G. Metrologicheskiye osnovy elektricheskikh izmereniy [Metrological basis of electrical measurements]. Metrologiya, 2006, no. 5, pp. 5‒51 (in Russian).

Resolutions adopted at the 24th meeting of the CGPM (2011). Available at: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/24_CGPM_Resolutions.pdf (accessed 17.03.2019).

Resolutions adopted at the 26th meeting of the CGPM (2018). Available at: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/CGPM 2018/26th-CGPM-Resolutions.pdf (accessed 05.04.2019).

Pavlenko Yu.F. (Ed.). Vstup do kvantovoi metrolohii [Introduction to quantum metrology: a textbook for university students]. Kharkiv, FOP Mezina V. V. Publ., 2017. 244 p. (in Ukrainian).

Mise en pratique for the definition of the kilogram in the SI. Available at: https://www.bipm.org/utils/en/pdf/si-mep/SI-App2-kilogram.pdf (accessed 25.05.2019).

Tomilin K. A. FFK v istoricheskikh i metodologicheskikh aspektakh [FPC in historical and methodological aspects]. Moscow, Fizmatgiz Publ., 2006. 368 p. (in Russian).

Neyezhmakov P. I., Pavlenko Yu.F., Maslova N. M., Anikin V. V. Reforma SI i yiyi vplyv na systemu vidtvorennya elektrychnykh odynyts [Reformation of the SI and its impact on reproduction of the system of electrical unis]. Ukrainian Metrological Journal, 2013, no. 1, pp. 3–10 (in Ukrainian).

Neezhmakov P., Pavlenko Yu., Nazarenko L. Na shlyakhu do novoho vyznachennya kelvina [Towards a new definition of kelvin]. Metrology and Instruments, 2013, no. 6(44), pp. 3–9 (in Ukrainian).

Katori H. Optical lattice clocks and quantum metrology. Nature Photon, 2011, no. 5, pp. 203–210. https://www.nature.com/articles/nphoton.2011.45

Machekhin Yu.P., Negriyko A. M., Soloviev V. S., Yatsenko L. P. Opticheskiye standarty chastoty [Optical frequency standards]. Part 1. Kharkov, Collegium, 2010. 144 p. (in Russian).

Nazarenko L. A., Neyezhmakov P. I., Tymofeyev Ye.P. Kvantova radiometriya ta fotometriya [Quantum radiometry and photometry]. Ukrainian Metrological Journal, 2012, no. 1, pp. 30–35 (in Ukrainian).

Neyezhmakov P. I., Kupko O. D., Tereshchenko V. V. Suchasnyy stan metrolohichnoho zabezpechennya svitlovykh vymiryuvan v Ukrayini [The current state of the metrological assurance of light measurements in Ukraine]. Ukrainian Metrological Journal, 2017, no. 3. pp. 17–23 (in Ukrainian). doi: 10.24027/2306–7039.3.2017.114652 http://umj.metrology.kharkov.ua/article/view/114652


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Система SI — фундаментально краща. Послання директорів BIPM та BIML з нагоди Всесвітнього дня метрології — 20 травня 2019 р. Український метрологічний журнал. 2019. № 1. С. 3.

Planck M. Ständiger Bejbachter der Preuβischen Akademie der Wissenschaften. 1899. Р. 440; Annalen der Physik. 1900. Vol. 1. Р. 69.

Stoney G. J., Rohrer H. The philosophical magazine and journal of science. 1881. Vol. 11. Р. 381.

Миллс Я. М., Мор П.Дж., Квинн Т.Дж. и др. Переопределение килограмма, ампера, кельвина и моля: предлагаемый подход к применению Рекомендации 1 CGPM (С1–2005). Метрология. 2007. № 2. С. 5–57.

Назаренко Л. А. Еталонна фотометрія (еволюція одиниць і Метрична конвенція). Український метрологічний журнал. 2000. № 1. С. 29–35.

Кононогов С. А. Метрология и фундаментальные физические константы. Москва: Стандартинформ, 2008. 269 с.

Кононогов С. А., Краснополин И. Я., Семенчинский С. Г. Метрологические основы электрических измерений. Метрология. 2006. № 5. С. 5‒51.

Resolutions adopted at the 24th meeting of the CGPM (2011). URL: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/24_CGPM_Resolutions.pdf (дата звернення: 17.03.2019).

Resolutions adopted at the 26th meeting of the CGPM (2018). URL: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/CGPM 2018/26th-CGPM-Resolutions.pdf (дата звернення: 05.04.2019).

Вступ до квантової метрології: підручник для студентів ВНЗ. За ред. Ю. Ф. Павленка. Харків: ФОП Мезіна В. В., 2017. 244 с.

Mise en pratique for the definition of the kilogram in the SI. URL: https://www.bipm.org/utils/en/pdf/si-mep/SI-App2-kilogram.pdf (дата звернення: 25.05.2019).

Томилин К. А. ФФК в исторических и методологических аспектах. Москва: Физматгиз, 2006. 368 с.

Неєжмаков П. І., Павленко Ю. Ф., Маслова Н. М., Анікін В. В. Реформа SI і її вплив на систему відтворення електричних одиниць. Український метрологічний журнал. 2013. № 1. С. 3–10.

Неєжмаков П., Павленко Ю., Назаренко Л. На шляху до нового визначення кельвіна. Метрологія та прилади. 2013. № 6(44). С. 3–9.

Katori H. Optical lattice clocks and quantum metrology. Nature Photon. 2011. № 5. Р. 203–210. URL: https://www.nature.com/articles/nphoton.2011.45

Мачехин Ю. П., Негрийко А. М., Соловьев В. С., Яценко Л. П. Оптические стандарты частоты. Ч. 1. Харьков: Коллегиум, 2010. 144 с.

Назаренко Л. А., Неєжмаков П. І., Тимофеєв Є. П. Квантова радіометрія та фотометрія. Український метрологічний журнал. 2012. № 1. С. 30–35.

Неєжмаков П. І., Купко О. Д., Терещенко В. В. Сучасний стан метрологічного забезпечення світлових вимірювань в Україні. Український метрологічний журнал. 2017. № 3. С. 17–23. doi: 10.24027/2306–7039.3.2017.114652 URL: http://umj.metrology.kharkov.ua/article/view/114652





УКРАЇНСЬКИЙ МЕТРОЛОГІЧНИЙ ЖУРНАЛ / UKRAINIAN METROLOGICAL JOURNAL

ISSN (Print) 2306-7039

ISSN (Online) 2522-1345