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?