Метр, секунда і кілограм - найвідоміші одиниці виміру системи СІ. І кожен школяр знає, що відстань вимірюють в метрах, час - в секундах, а масу - в кілограмах. Але шкільна програма чомусь замовчує про історію їх появи на світло. Дійсно - звідки ж взялися ці одиниці вимірювання? І чому саме вони?
"Ти з однієї
Десятку лад,
А двійку сховай,
Про неї не вий.
Дай трійці хід,
Щоб стала чет,
І ти багач.
Четвірку заховай,
Про неї не плач,
А п'ять і шість
З сімкою свесть,
І до восьми
Їх підніми.
Дев'ятка - кін,
Десятку - геть.
ось Відьмина
таблиця множення "
Гете "Фауст"
Багато шуму з одного метра
"Смерть аристократам!", "Хай живе нація!" І "Зрадників на ліхтарні стовпи!" - такі гасла лунали по всій Франції, коли в 1792 р двом астрономам Жан Батісту Деламбр і П'єру Франсуа Мешеном Національними зборами було доручено "виміряти Землю" . Висловлюючись науковою мовою, вони повинні були зробити польові роботи по вимірюванню Паризького меридіана, тобто конкретного меридіана, який між іспанською Барселоною на півдні і французьким Дюнкірхеном на півночі точно проходить через Париж. Розраховуючи впоратися з цим геркулесових завданням за кілька місяців, в гіршому випадку за рік, астрономи не взяли до уваги всієї смути і ексцесів революції, жертвами якої вони самі мало не впали за підозрою в шпигунстві, і тому на рішення цього завдання в кінцевому підсумку у них пішло 6 років.
Ідея була в наступному: визначити відстань від екватора до північного полюса, тобто розрахувати чверть земного меридіана, вимірявши тільки віддаленість Барселони від Дюнкірхена. Для цього Деламбр і Мешен повинні були спочатку встановити географічні широти Барселони і Дюнкірхена, що не становило для них особливих труднощів. А потім, знаючи, що різниця широт між цими населеними пунктами становить кут в 9 ° 40 ', а чверть меридіана відповідно 90 °, шляхом елементарної пропорції розрахувати відстань від екватора до північного полюса. І ось одну десятимільйонну частина (1/10000000 = 1/10 7) цього меридіанного квадранта по поверхні земного еліпсоїда на довготі Парижа вирішено було прийняти за еталон довжини для всіх часів і народів. Швидко казка мовиться, та довго діло робиться. Адже перш ніж приступити до цих нехитрих підрахунками, необхідно було виміряти безперервну ланцюг уявних трикутників на шляху Барселона - Дюнкірхен, довжини сторін яких обчислювалися з виміряних кутів.
Причому кожне Із 1800 рутинних вимірювань кутів мало повторюватися максимально можливе число раз для зменшення статистичної похибки.
Трудомісткість цього підприємства була колосальною, а небезпеки підстерігали на кожному кроці, і, відверто кажучи, незрозуміло, чому б не знайти більш просте рішення для знаходження стандартної міри довжини? Чому б не взяти відстань між двома гільйотинами на площі Згоди, поділити його на 10 і таким чином встановити міру довжини? Або взяти який-небудь предмет, законсервувати і його розміри прийняти за еталон? Але занадто раціональні були часи: еталон не повинен був нести на собі ганебну пляму свавілля - його і так було занадто багато. Еталон повинен володіти універсальним властивістю, узагальненої значимістю і не мати нічого спільного з хворими анатомічними особливостями будь-яких королів і правителів. Потрібно було одним разом розпрощатися з усіма цими аршинами і футами, сажнями і дюймами, рутамі і ярдами.
Під час правління Наполеона метрична система поширилася по всій Європі. У 1918 р вона була введена в Росії. Тільки у Великобританії, яка не була завойована Наполеоном, залишилися традиційні міри довжини: дюйм, фут і ярд. У 1889 р був виготовлений більш точний міжнародний еталон метра. Цей еталон теж виготовлений зі сплаву платини та іридію і має поперечний переріз у вигляді літери "X". Його копії були передані на зберігання до країн, в яких метр був визнаний в якості стандартної одиниці довжини. Цей еталон все ще зберігається в Міжнародному бюро мір і ваг (в м Севр поблизу Парижа), хоча більше за своїм первісним призначенням не використовується.
Міра довжини, яку Деламбр і Мешен "вирвали" у Землі, була, висловлюючись сучасною мовою, high-tech-досягненням, отриманим за допомогою кращих на той момент вимірювальних інструментів. І дійсно, якщо порівняти сучасні дані про відстані від Барселони до Дюнкірхена з результатом, отриманим астрономами 2 століття назад, то різниця складе всього лише 2 км. Заковика полягає в тому, що Земля не є ідеальної кулі, кожен меридіан відрізняється від свого сусіда, і не було враховано полюсное стиснення. Тому треба визнати, що метр був і є не одна десятимільйонна частина чверті земного меридіана, а всього лише довжина платинового стержня, що зберігається в Парижі. Такого результату можна було досягти і меншою кров'ю, як уже зазначалося, але тоді це був би не продукт "універсального мислення", а Деламбр і Мешен не ввійшли б в історію.
Справедливості заради варто відзначити, що спочатку 8 травня 1790 Національні збори Франції збиралося визначити метр як довжину маятника з напівперіодом гойдання на широті 45 ° рівним 1 c (в сучасних одиницях ця довжина дорівнює приблизно 0,981 м). У цього методу є одна істотна перевага - кожна людина з більш-менш точними годинами міг би в будь-який час визначити одиницю довжини.
Однак, оскільки маятниковий еталон недостатньо відтворюємо (прискорення вільного падіння залежить від широти), Французька академія наук запропонувала Національним зборам визначити метр через довжину меридіана.
Хоча якби в будь-якому фіксованому географічному місці поставити еталонний маятник, то цей метод нічим не поступався б методу вимірювання меридіана. В цьому випадку історія метрології була б іншою: визначення метра було б прив'язане до часу, а точніше - до секунді. Так що ж таке секунда?
Як відомо, час врівноважено і невблаганно рухається вперед, не піддаючись ніякому впливу, а тим більше впливу з боку людства.
Історично основною одиницею для вимірювання коротких інтервалів часу були добу (часто говорять "день"), рівні періоду обертання Землі навколо своєї осі. В результаті поділу доби на менші інтервали виникли години, хвилини і секунди. Походження поділу, ймовірно, пов'язано з Дванадцяткова системою числення, якої дотримувалися древні.
Доба ділили на два рівних послідовних інтервалу (умовно "день" і "ніч"). Кожен з них ділили на 12 годин. Подальше поділ години сходить до Шістдесяткова системі числення. Щогодини ділили на 60 хвилин. Кожну хвилину - на 60 секунд.
Для вимірювання більш тривалих періодів часу використовуються одиниці виміру "рік", "місяць" і "тиждень", що складаються з цілого числа діб. Рік приблизно дорівнює періоду обертання Землі навколо Сонця (приблизно 365 діб), місяць - періоду повної зміни фаз Місяця (так званому синодическому місяця, рівному 29,53 діб). Тиждень, що складається з 7 днів, не має прямої астрономічної основи (хоча вона спочатку була прив'язана до округлено до цілого числа днів тривалості одного з чотирьох фаз Місяця), однак широко використовується як одиниця часу.
Кілька років тому компанію Swatch спантеличила проблема наявності часових поясів, які заважають людям спілкуватися через Інтернет. Що ж робити? Фахівці фірми сумувати не стали і просто вирішили ввести свою систему вимірювання часу. Години і хвилини в інтернет-часу замінюють "біти" (не плутайте з "bit" - тут слово "beat", або "удар"). Кожен біт дорівнює одній хвилині і 26,4 секунди, а день містить в собі тисячу таких одиниць. За точку відліку взяли меридіан, що проходить через місто Біль (Швейцарія), в якому знаходиться штаб-квартира Swatch. Чи отримає ця система вимірювання часу широке поширення? Поживемо побачимо.
Такий унікальний кілограм
Кілограм визначається як маса міжнародного еталону кілограма, що зберігається в Міжнародному бюро мір і ваг і представляє собою циліндр діаметром і висотою 39 мм з платіноірідіевого сплаву (90% платини, 10% іридію). Спочатку ж кілограм визначався як маса одного кубічного дециметра води (літри) чистої води при температурі 4 ° C і стандартному атмосферному тиску. Таке визначення не цілком конструктивно: потрібен дуже точний кубічний дециметр, абсолютно чиста вода і абсолютно правильний термометр.
Народженню кілограма в чималому ступені сприяв відомий хімік Лавуазьє, який в своїй лабораторії проводив досліди над складом води якраз в той час, коли Деламбр і Мешен вимірювали Паризький меридіан. Результати його роботи, на жаль, не встигли принести йому слави, тому що Лавуазьє був звинувачений в участі «в змові з ворогами Франції проти французького народу, що мав на меті викрасти у нації величезні суми, необхідні для війни з деспотами» і засуджений до смерті. Але кілограм між тим з'явився на світло і, так само як і метр, був прив'язаний до десяткового системі: в одному кілограмі 1000 грамів, в одному грамі 1000 міліграмів і т.п.
На даний момент кілограм - єдина одиниця СІ, яка визначена за допомогою артефакту - предмета, виготовленого людьми, - платіноірідіевого еталона. Всі інші одиниці тепер визначаються через значення фундаментальних фізичних констант. Мало того що цим забезпечується належна квантова точність, зазначені одиниці ще можуть бути адекватно відтворені в будь-якій точці світу. "Клонувати" же кілограм куди складніше, до того ж для цього потрібна складна бюрократична процедура.
До того ж з різних причин за сто років міжнародний еталон втрачає частину своєї маси (3/100000000). Однак, за визначенням, маса міжнародного еталону в точності дорівнює одному кілограму. Тому її зменшення призводить до зміни величини кілограма. Нонсенс!
Мабуть, довгий час таке унікальне положення кілограма всіх влаштовувало, раз не було достатніх спонукальних підстав до створення його скрупульозної формули. Але мінливий кілограм тягне за собою в дрейфує плавання і ват, і інші суміжні одиниці виміру. В даний час для усунення цих неточностей розглядаються різні варіанти перевизначення кілограма на основі значень фундаментальних фізичних констант.
Друкується з дозволу німецького журналу Maβstäbe.
Матеріал за статтею Jens Simon "Eine Fingerübung. "
з використанням інших інтернет-джерел
подготовілаЛ. ломіни
Рубрика: Огляд зарубіжної преси