Физики Великобритании провели наиболее точные измерения постоянной Больцмана, которая определяет соотношение между энергией и температурой. Согласно последним данным, опубликованным в журнале Metrologia, новое значение составляет 1,38065156(98)*10−23 Джоулей на Кельвин. Приписка (98) в конце показывает погрешность измерения последних двух цифр и означает, что погрешность составляет 0,71 частей на миллион, то есть почти в два раза меньше, чем ранее.
Это исследование может радикально изменить наше представление о температуре, а также заменить стандартный метод измерения, которым мы пользуемся более 50 лет.
Поясним. Принятая в международной системе единиц температурная шкала не может полностью удовлетворить потребности современной науки. Разработанная в XIX веке Уильямом Томсоном (он же знаменитый лорд Кельвин) система измерения температуры имеет несколько особенностей. Во-первых, самая низкая температура здесь — это ноль градусов, или абсолютный нуль температуры, при котором из вещества уже невозможно извлечь тепловую энергию.
Во-вторых, шкала привязана к так называемой тройной точке воды — значению температуры (273,16 К или 0,01 градуса по Цельсию), когда возможно одновременное сосуществование трёх фаз воды — жидкой, газообразной и твёрдой.
Учёные давно заметили, что шкала не совсем идеальна: чем выше измеряемая температура, тем больше становится погрешность измерений.
"Когда ваши измерения достигают 1500 °C, это, мягко скажем, глупо отталкиваться от тройной точки воды", — считает Майкл де Подеста (Michael de Podesta) из Национальной физической лаборатории Соединённого Королевства.
Учёный поддерживает альтернативную идею — использовать для шкалы Кельвина постоянную Больцмана, опираясь, таким образом, на энергию частиц. Для этого доктор Подеста вместе с коллегами провёл эксперимент, благодаря которому и удалось сократить погрешность измерения этой константы.
Учёные наполнили медную ёмкость (акустический резонатор) определённым количеством аргона. Энергия газа зависит от средней скорости движения его атомов, а та в свою очередь со скоростью распространения звука. Проигрывая звук разной частоты, экспериментаторы измерили скорость прохождения звука через аргон, и таким образом, определили энергию его атомов.
Добавим, что указанные расчеты не являются единственными. Например, опубликованы измерения специалистов Французской национальной лаборатории метрологии и измерения (Laboratoire National de Métrologie et d'Essais), погрешность оказалась несколько выше и составила 1,24 частей на миллион.
В настоящее время международный комитет мер и весов (International Committee for Weights and Measures) не спешит отказаться от старого подхода. В интервью корреспонденту Вести.ру Майкл де Подеста подробнее рассказал о причинах.
"Мы ещё не достигли этого этапа. Сегодня опубликованы наши результаты. Я должен отметить их исключительный характер, поскольку мы провели шесть отдельных измерений скорости звука и достигли беспрецедентного показателя точности. В следующем 2014 году Комитет по данным для науки и техники (CODATA) должен будет рассмотреть все имеющиеся предложения, в том числе, конечно, наше, и выбрать лучшее", — рассказывает профессор.
"Отмечу также, что при рассмотрении новых методик в расчёт берётся не только погрешность, которая должна быть менее одной части на миллион, но и иные, неакустические способы измерений. Когда все необходимые условия будут выполнены, Международный комитет мер и весов почти наверняка проголосует за принятие новой методики", — добавил Майкл де Подеста.
Также по теме:
Физики протестировали сверхточные атомные часы
Физикам удалось напрямую измерить вандерваальсовы силы
Учёные предложили самые точные в мире часы
Високосную секунду решили не отменять
Пульсары — эталоны времени
