Как люди измеряют окружающий мир?

 Метрологам все области покорны

Важность этого события невозможно переоценить. К настоящему моменту Метрическая Конвенция объединяет 51 государство, на чьей территории действует единая международная система единиц измерения.

Раз в четыре года представители этих стран собираются на Генеральную конференцию по мерам и весам, где заслушивают доклад Международного комитета, призванного решать вопросы стандартизации в области метрологии.

Какое же отношение ко всему этому имеют обычные граждане? Да самое непосредственное: каждый из нас ежедневно, ежечасно пользуется в своей жизни этими самыми мерами и весами. Килограмм картошки весит одинаково и у нас в стране и в Японии и в США. У любого из окружающих нас предметов есть длина, ширина и высота и если потребуется, любой из нас может измерить их. Стандартные размеры фигуры, выраженные в сантиметрах, позволяют портным шить одежду, не видя перед собой заказчика, строители понимают замысел архитектора и возводят здания, не нарушая их пропорции. И такие примеры можно приводить бесконечно – наш мир держится на единой метрической системе.

Мы настолько привыкли пользоваться килограммами, метрами и часами, что не можем представить себе, что когда-то люди обходились без этих понятий, ставших неотъемлемой частью нашей жизни. Но еще не так давно измерения не были такими однозначными.

38 попугаев

Как же люди измеряли окружающий мир? Разумеется, при помощи подручных средств, то есть собственных частей тела. Так что выражение «Человек есть мера всех вещей» имеет не только глубокий философский смысл, но и самый что ни на есть прикладной. Если герои известного мультфильма измеряли удава в слонах, мартышках и попугаях, то люди использовали для аналогичных целей локти, пяди, вершки, сажени. Пяди соответствовало расстояние между указательным и большим пальцем левой или правой руки, а локоть - длина руки от кончика среднего пальца до локтевого сустава.

Большой вклад в изучение древней метрической системы внесли промеры архитектурных сооружений. Уже давно ученые столкнулись с тем, что параметры объектов, отмеренные целым числом, например, саженей, всегда оказываются дробными при измерении стандартным метром. Но и на этом проблемы не заканчивались: как выяснилось, существовал целый ряд саженей различного назначения - при замерах длины здания использовалась одна сажень, ширины - другая, высоты - третья. Внутренняя разбивка производилась четвертой саженью.

Интересно, что такая особенность прослеживается не только в русской, но и в греческой и в египетской архитектуре.

По образу и подобию

Использование подобных средств измерения в повседневной жизни неизменно создавало почву для конфликтов при торговле весовым или мерным товаром, при межевании земли и во многих других ситуациях. Ведь мало-мальски наблюдательный человек заметит, что локоть человека двухметрового роста значительно будет отличаться от индивида «метр с кепкой».

А если еще помнить о том, что антропологи вполне обоснованно считают, что рост человека современного значительно отличается от роста предков, то в системе измерений наступает настоящая путаница.

Чьи же параметры брали в качестве меры? Обратимся к истории: когда Соломону потребовалось произвести начертание плана задуманного им храма, и для выполнения этой работы был приглашен зодчий Китоврас, то эталоном послужили именно очертания самого Соломона. Китоврас измерил прутом рост царя, ту самую «царскую» сажень, которая равна 4 локтям. Локоть, соответственно, локоть царя. Пядь – расстояние между царским указательным и большим пальцем, а вершок - его указательный палец.

Использование в качестве четкого определения меры длины параметров наместника Бога на земле встречалось довольно часто. В Англии, например, эталоном меры длины служил ярд – расстояние от кончика носа короля Эдварда до кончика пальца его вытянутой руки. А в Китае «мерой» служил размер любимой свирели императора.

Аршином общим не измерить…

Идея стандартизировать измерения хотя бы в пределах одного государства посещала правителей неоднократно. История сообщает, что еще Иваном Грозным, по всей Руси была введена единая мера длины и веса.

Сохранилась грамота Ивана IV на Двину от 21 декабря 1550 г. об отправке двинским старостам, сотским и целовальникам новой медной меры. С этой меры нужно было сделать копии, поставить на них печати и пустить в употребление. С присылкой новой все старые меры, не совпадающие с ней, изымались. За использование старых мер назначался штраф. Грамота подчеркивает, что введение новых мер является общегосударственным мероприятием.

Но началом изучения мер и весов в России принято считать образование в 1736 году комиссии Сената, в задачу которой входило создание эталонов мер и весов. Комиссии предписывалось, прежде всего, определить, что является эталоном для мер длины и веса. Для этого необходимо было сажень привести в соответствие с градусными измерениями земной поверхности. Считалось, что такая единица длины может быть восстановлена в случаях ее утраты. Фактически речь шла о создании метрической системы за 60 лет до ее введения во Франции.

К сожалению, нельзя сказать, что комиссия удачно справилась со своей задачей, хотя эталон, на основании которого аршин следовало считать аршином, был все-таки найден: за образец меры длины решено было взять линейку Петра Великого. В 1745 году было рекомендовано на основе аршина, величина которого определялась по линейке Петра, изготовлять во всем государстве российском стандартные аршины. Успеха это решение не имело: единый эталон не прижился.

К 1803 году стало ясно, что поверочное дело в России находится в плачевном состоянии: по всей империи случается недомер и недовес. Вновь была созвана комиссия, которой на этот раз предстояло установить твердую связь между российскими мерами длины и английскими. Комиссии собирались одна за другой, но дело на лад все не шло. Некоторый порядок удалось навести лишь после подписания в Париже 17-ю странами, в том числе и Россией, той самой Метрической Конвенции в 1875 году, когда за единицу измерения длины был принят 1 метр.

Эталон – всему голова

Первое определение метра было принято во Франции еще в 1791 году. Тогда метр был равен 1х10-7 части четверти длины парижского меридиана. Размер метра был определен на основе геодезических и астрономических измерений Ж. Деламбра и П. Мешена, а первый эталон изготовлен в виде платиновой линейки шириной около 25 мм, толщиной около 4 мм. Однако довольно скоро выяснилось, что из-за отсутствия точных данных о форме Земли и значительных погрешностей геодезических измерений эталон не мог быть воспроизведен с требуемой точностью.

На смену ему пришел брус из сплава платины и иридия. Поперечное сечение эталона имело форму Х, что придавало ему необходимую прочность на изгиб. Всего таких эталонов было изготовлено 31. Прототип метра и две его контрольные копии до сих пор хранятся в Севре во Франции в Международном бюро мер и весов.

Однако рост требований к точности линейных измерений и необходимость создания воспроизводимого эталона стимулировали исследования по определению метра через длину световой волны. В 1960 году 11-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение метра.

Таким образом, до 1983 года метр определялся как число 1 650 763,73, умноженное на длину волны оранжевой линии спектра, излучаемого изотопом криптона-86 в вакууме. Но и этого оказалось недостаточно: сегодня метр определяют как длину пути, проходимого светом в вакууме за (1/299 792 458) секунды. Хотя не исключено, что и это определение со временем устареет, и тогда метрологам вновь придется ломать голову в поисках нового эталона.