Метрология: как появилась система СИ

Практика измерений почти так же стара, как человеческая история

Популярная механикаИстория

Метрология: как появилась система СИ

Алексей Левин Дмитрий Мамонтов

Практика измерений почти так же стара, как человеческая история. Экономика, основанная на общественном разделении труда и торговле, без измерений существовать не может. Замечательно полная (для своего времени) система мер была создана в Древнем Вавилоне, откуда при посредстве финикийских купцов и мореплавателей распространилась по всему Средиземноморью.

Уже первые великие цивилизации Месопотамии, Египта, Индостана и Китая нуждались в создании общепринятых и надежных способов определения расстояний, земельных площадей, веса (или объема) зерна и металлов. Замечательно полная (для своего времени) система мер была создана в Древнем Вавилоне, откуда при посредстве финикийских купцов и мореплавателей распространилась по всему Средиземноморью.

Все можно измерить

Для измерений необходимы опорные метки — меры. Чтобы стать общепринятыми, они должны быть простыми, понятными и общедоступными. Поэтому сначала появились «естественные» меры, которые можно было воспроизвести в любом месте и в любое время. Исторически эти единицы прежде всего связывались с какими-то свойствами растений, животных и людей. Так, в древности во многих местах существовала мера земельной площади, которую называли «бычий рев». Она соответствовала размерам участка, в пределах которого этот звук отчетливо слышен. Знаменитый и все еще употребляемый английский дюйм первоначально определялся как длина трех пшеничных зерен, взятых из середины колоса. Были меры и посложнее: например, тысячи лет назад в Китае единицей длины служила полая бамбуковая палочка, которая при свистке издавала определенный тон.

С развитием ремесел и торговли появились и специально изготовленные единицы — линейки, мерные емкости, гири. Их введение обычно сопровождалось соглашениями, а то и приказами. Скажем, французский туаз — это изначально «шесть королевских шагов». Потом изготовлялись стабильные прототипы мер, которые могли отличаться друг от друга (французский туаз примерно на 15 см длиннее швейцарского). Естественно, в итоге получался сильный разнобой. В конце XVIII века в странах Европы использовали 391 весовую единицу, называемую фунтом, и 282 единицы длины, проходившие как фут. В одном только Баденском герцогстве насчитывалось 112 разных версий другой единицы длины — локтя.

Уже в XVII веке, когда в Европе зародились точные науки, многие ученые понимали, что огромное разнообразие мер тормозит экономический и технический прогресс. Тогда же стали предлагать конкретные способы ликвидации этого хаоса. Однако никто не мог предвидеть, сколько усилия и времени понадобится для решения этой задачи. Первым практическим шагом на пути к желанной цели стало создание метрической системы.

Парижские революционеры

Основы десятичного счета были заложены в древности — это вполне естественно, ведь у человека на руках десять пальцев. Однако официальным рождением десятичной шкалы измерений длины принято считать 1670 год — ее предложил французский математик и астроном Габриэль Мутон. Пятью годами позже работавший в Польше итальянский архитектор и оптик Тито Ливио Бураттини предложил принять за всеобщую единицу линейных измерений длину маятника, отсчитывающего 3600 колебаний в час. Под колебанием он понимал движение груза от одной крайней точки до другой; в современной терминологии это означает длину маятника с секундным полупериодом. Он назвал ее Всеобщим метром (Metro Cattolico). Если воспользоваться школьной формулой для периода идеального маятника и подставить туда величину ускорения свободного падения, скажем, на широте Москвы, то получится, что эталон Бураттини расходится в длине с сегодняшним метром лишь примерно на полсантиметра (на практике этот способ непригоден: в разных местах земного шара маятник качается по-разному). Со сходными идеями в 1660 году выступило Лондонское Королевское общество, а в 1668-м — французский астроном Жан Пикар. Бураттини первым осознал, что универсальную единицу длины надо определять не путем простого соглашения, а на основе естественного и надежно воспроизводимого эталона.

Идея оказалась хороша, и ее очень рано попытались реализовать в России. В 1736 году, в царствование Анны Иоанновны, сенатским указом была создана комиссия по мерам и весам, которую возглавил директор Монетного двора граф Михаил Головкин. В ее работе участвовали многие члены Российской Академии наук, включая Леонарда Эйлера. Члены комиссии обсуждали использование естественных единиц (сажень предлагалось определить как известную долю меридиана, а фунт — как вес заданного количества воды), а также кратных и дольных единиц на десятичной основе. Однако для реализации этих предложений у комиссии не было ни денег, ни оборудования. После воцарения Елизаветы комиссию распустили, а дослужившегося до должности вице-канцлера Головкина сослали в Якутию.

В конечном счете метрическая система стала детищем Французской революции. Новая парижская власть осознала необходимость навести порядок в средневековых единицах измерений (число которых достигало четверти миллиона!) и принять единую общенациональную систему мер и весов. 9 марта 1790 года Шарль Морис Талейран, впоследствии знаменитый дипломат, а тогда епископ Отенский, предложил Национальному собранию план ее создания, который и был принят депутатами.

Рождение метра и килограмма

Название «метр» (от греческого metron — мера) в 1790 году придумал парижский преподаватель математики Леблон. 19 марта 1791 года академическая Комиссия мер и весов в составе звезд французской науки Лагранжа, Лапласа, Борда, Монжа и Кондорсе избрала основной единицей длины одну десятимиллионную долю квадранта парижского меридиана и рекомендовала измерить длину дуги меридиана от Дюнкерка до Барселоны на долготе Парижа. Геодезические промеры меридиана начались в 1792 году, но в связи с непростой политической и военной обстановкой затянулись до 1798 года. Поэтому в 1793-м пришлось ввести временный метр, вычисленный на основе прежних геодезических измерений. Тогда же бывший королевский ювелир Этьен Ленуар изготовил из меди первый эталон.

Эталон килограмма почти 120 лет хранится во Франции. За это время его масса уменьшилась на немалую величину (до 0,1 мг). Это цилиндр из платиново-иридиевого сплава 3,9 см высотой и в диаметре. Для ученых плавающая единица измерения — большая помеха, которая отражается на результатах точных работ. Многие эталоны (в частности, метр) со временем были усовершенствованы. Один из претендентов на роль нового эталона килограмма — шар из кристалла изотопа кремния-28, созданный немецкими учеными из Института выращивания кристаллов. Такой эталон включал бы атомы одного типа и имел фиксированную массу.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Создан материал, способный быстро стать прозрачным в ИК-спектре Создан материал, способный быстро стать прозрачным в ИК-спектре

Открытие ученых может повысить надежность сложных оптических устройств

Популярная механика
Разбойник или герой? Разбойник или герой?

Самый успешный корсар в истории часто шёл на отчаянный риск

Дилетант
Коллекция месопотамских артефактов оказалась современной подделкой Коллекция месопотамских артефактов оказалась современной подделкой

Клинопись на глиняных табличках на деле оказалась тарабарщиной

National Geographic
Фестиваль науки, искусства и технологий «Политех»: делимся энергией Фестиваль науки, искусства и технологий «Политех»: делимся энергией

На 48 часов парк культуры и развлечений станет порталом в виртуальную реальность

National Geographic
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Фабрика дизайна Сэма Лэньона Фабрика дизайна Сэма Лэньона

На старой лимонадной фабрике происходят очень странные вещи

Популярная механика
Квантовая криптография: что это такое? Квантовая криптография: что это такое?

Каковы перспективы квантовой криптографии в области дальней связи?

Популярная механика
Над златом чахнет Над златом чахнет

Фантастические торговцы

Мир Фантастики
А мне летать охота: 5 тренировок, которые нарушают законы гравитации А мне летать охота: 5 тренировок, которые нарушают законы гравитации

Пять занятий из нашей подборки способны подарить тебе крылья

Cosmopolitan
Выходцы из компании Ликсутова оказались бенефициарами оператора Wi-Fi в метро Выходцы из компании Ликсутова оказались бенефициарами оператора Wi-Fi в метро

В числе бенефициаров компании «МаксимаТелеком» есть люди, связанные с вице-мэром

РБК
Афроамериканская активистка опубликовала манифест-обращение к белым Афроамериканская активистка опубликовала манифест-обращение к белым

Не хочешь быть расистом или белым супремасистом — следуй этим правилам!

Maxim
Каково это – быть мэром Москвы Каково это – быть мэром Москвы

Размышления московского градоначальника Сергея Собянина

Esquire
Разминка Разминка

Реальные болельщицы главных российских клубов — с модой и азартом

Elle
Сергей Лукьяненко: Всегда полезно быть собой Сергей Лукьяненко: Всегда полезно быть собой

Мы поговорили с Сергеем Лукьяненко о книгах и любви

Лиза
Двухголовый олененок: феномен из США Двухголовый олененок: феномен из США

Детеныш погиб, не сделав ни одного вдоха, но стал объектом пристального изучения

National Geographic
Северного белого носорога спасут клонированием Северного белого носорога спасут клонированием

Ученые ищут способы восстановить почти исчезнувший подвид носорога

National Geographic
Блог на миллион долларов: как заработать состояние в интернете Блог на миллион долларов: как заработать состояние в интернете

Как определиться с тематикой блога, привлечь в него аудиторию и заработать

Forbes
Booking.com не будет заблокирован в России Booking.com не будет заблокирован в России

Booking.com не будет заблокирован, сообщает глава Ростуризма Олег Сафонов

National Geographic
Узнайте, как вести себя и в чем идти на свадьбу со строгим дресс-кодом Узнайте, как вести себя и в чем идти на свадьбу со строгим дресс-кодом

Вдруг вас тоже позовут на следующее торжество в королевской семье

GQ
Последствия урагана в Астане: повреждены Дворец Мира и мечеть Последствия урагана в Астане: повреждены Дворец Мира и мечеть

22 мая во второй половине дня на Астану обрушился ураган

National Geographic
Надежная защита бесплатной не бывает Надежная защита бесплатной не бывает

Какой продукт действительно обезопасит вашу систему

CHIP
Они идут против течения Они идут против течения

Российские ученые создают систему раннего предупреждения об утечках воды

Эксперт
Ещё 10 немецких автомобилей, о которых вы ничего не знали Ещё 10 немецких автомобилей, о которых вы ничего не знали

Вторая часть обзора неизвестных немецких автомобильных марок

Популярная механика
Особый отдел Особый отдел

Историю знаменитой виллы Борсани и дизайнера Освальдо Борсани

AD
53 000 тонн навоза: экскременты бегемотов убивают рыб 53 000 тонн навоза: экскременты бегемотов убивают рыб

Бегемоты являются частью экосистемы, но порой они причиняют ей ущерб.

National Geographic
17 высказываний о смелости и мужестве, которые помогут не падать духом 17 высказываний о смелости и мужестве, которые помогут не падать духом

Несколько цитат о мужестве, которые помогут набраться сил

Psychologies
Жертва санкций: как Трамп разрушил китайского производителя смартфонов Жертва санкций: как Трамп разрушил китайского производителя смартфонов

После санкций Америки китайская компания оказалась на грани разорения

Forbes
10 признаков, что вы встретили родственную душу 10 признаков, что вы встретили родственную душу

Что мы имеем в виду, когда говорим о «второй половинке»

Psychologies
Иван Ургант Иван Ургант

Правила жизни телеведущего и актера Ивана Урганта

Esquire
#НЕПРОВОЙНУ: про мирное небо и стиль милитари #НЕПРОВОЙНУ: про мирное небо и стиль милитари

Арина Яганова пошла на самую мирную из военных выставок

Cosmopolitan
Открыть в приложении