КВАНТОВАЯ МЕТРОЛОГИЯ

В начале XX века немецкий физик Макс Планк показал, что основные единицы для нашей вселенной могут быть составлены из фундаментальных физических констант (см.табл. 3):

- скорости света;

- постоянной Планка;

- гравитационной постоянной.

Значения этих констант фигурируют в основных уравнениях физики (квантовой электродинамики, общей теории относительности), являются максимально стабильными и не зависят от внешних условий (см.табл. 4).

Однако планковские единицы длины, времени и массы лежат очень далеко от используемых на практике диапазонов. Кроме того, значение гравитационной постоянной до сих пор известно с недостаточной точностью. Но самым главным недостатком единиц является их не воспроизводимость, т. е. в настоящее время нам не известны физические процессы, в которых бы они воспроизводились.

Реальная возможность создания универсальной системы естественных мер появилась после открытия макроскопических квантовых эффектов: сверхпроводимость, сверхтекучесть, квантовый эффект Холла, эффект Джозефсона.

Таблица 3

Планковские единицы

Величина Обозначение Значение Единица
Длина м
Время с
Масса кг

 

Таблица 4

Значения фундаментальных физических констант и их комбинаций

(по результатам согласования 1986г.)

Величина Обозначение Значение Единица Относительное стандартное отклонение (примечание)
Скорость света в вакууме постулировано как точное
Обратная величина кванта магнитного потока постулировано как точное в 1988г.
Гравитационная постоянная
Постоянная Планка
Заряд электрона
Квант магнитного потока
Масса электрона
Постоянная тонкой структуры -
Постоянная Авогадро
Постоянная фон-Клитцинга

 

Вопросы к разделу

1. Что такое обеспечение единства измерений?

2. Назовите основные проблемы метрологии.

3. Что изучает метрология?

4. Перечислите, из каких основных разделов состоит метрология. Какие задачи в них решаются?

5. Сформулируйте основные этапы развития метрологии.

6. Что такое измерение? Приведите примеры измерений, постоянно встречающихся в повседневной жизни.

7. Дайте определение физической величины.

8. Назовите основные операции процедуры измерения.

9. Что такое шкала физической величины? Приведите примеры различных шкал физических величин .

10. Что такое истинное значение физической величины?

11. Что такое действительное значение физической величины?

12. Сформулируйте определение единицы физической величины. Приведите примеры единиц физических величин, относящихся к механике, электротехнике.

13. Что такое размерность физической величины?

14. Сформулируйте основные принципы построения систем единиц физических величин.

15. Назовите производные единицы системы СИ, имеющие специальное название.

16. Какие внесистемные единицы допущены к применению наравне с единицами системы СИ?