Что такое метр?
Метр — единица длины, одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).
По первому определению, принятому во Франции в 1795 году:
Метр равнялся одной десятимиллионной части четверти длины Парижского меридиана, его размер был определен на основе геодезических и астрономических измерений.
Первый эталон метра изготовили в 1799 году в виде концевой меры длины — платиновой линейки с расстоянием между концами, равным принятой единице длины. Он получил наименование «метр архива», или «архивный метр».
Однако, как оказалось, определенный таким образом метр не мог быть вновь воспроизведен из-за отсутствия точных данных о фигуре Земли и значительных погрешностей геодезических измерений.
В 1872 Международная метрическая комиссия приняла решение об отказе от «естественных» эталонов длины и о принятии архивного метра в качестве исходной меры длины. По нему изготовили эталон в виде штриховой меры длины — бруса из сплава платины (90 процентов) и иридия (10 процентов).
Эталон метра и две его контрольные копии хранятся в Севре (Франция) 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, положенное в основу Международной системы единиц (СИ):
Метр — длина, равная 1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p10 и 5d5 атома криптона-86
Согласно современному определению, принятому в 1983 году 17-й Генеральной конференцией по мерам и весам:
Метр — длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды
Когда и как появился метр?
Вплоть до XVIII века в европейских странах вообще не существовало единой системы единиц измерения — царил полный хаос.
Каждый город мог сам себе установить, какая должна быть гиря на весах, что служит мерой длины и т. п. Купцы, которые вели торговлю в разных городах и странах, по необходимости, поднаторели в вычислениях, поскольку они часто переводили одни странные единицы в другие, не менее оригинальные. Местные власти в городах проявляли заботу о наведении какого-то порядка в расчётах, поэтому на городских воротах, на стенах ратуш или на церковной ограде вывешивали объявления о мерах, действующих в этом городе или только на время ярмарки.
Когда торговец переезжал на своей повозке в другой город или в соседнее герцогство, он пересчитывал и количество, и цену своего товара. Предположим, что купец торговавший тканями, закупил в одном городе сто локтей материи, в другом городе он продал этот товар, но уже в количестве 90 локтей, потому что там локоть был значительно длиннее.
Таким образом, торговым людям приходилось чуть ли не в каждом городе изменять цены, чтобы привести их в соответствие местным мерам. В Париже были в ходу две разные меры веса. Пять французских королей пытались навести порядок в единицах измерения, издавали предписания об установлении стандартов в области веса и длины, но не добились цели. Одной из причин неудачи было сопротивление аристократов, поскольку стандартные меры противоречили их интересам.
МЕРА ВСЕХ ВЕЩЕЙ
В конце XVIII века, в революционные годы, в Европе существовало более 800 мер длины и веса. Они значительно различались даже в пределах одной Франции: что ни рынок — то и своя мера. Свободная, честная и равноправная торговля была практически невозможна. Торговцы, разъезжавшие по стране, нагло обманывали и обсчитывали народ. Отсутствие официальных обязательных мер мешало и государству, которое даже не знало, каковы подлинные размеры каждой провинции и всей страны.
В 1789 году во Франции началась новая эра, был введён новый революционный календарь. Французы боролись против тирании за идеалы Свободы, Равенства и Братства. Идеологи революции провозгласили: свободный человек — мера всех вещей. Но равенство всех людей предполагает также и единую меру, обязательную для всех.
Законодательное Собрание в Париже постановило, что необходимо определить новую единицу измерения. Созданная для этого специальная Комиссия занялась поисками основы для новой единой меры. Нужно было найти нечто постоянное, неизменное, что не зависит от людского произвола и может служить масштабом. В 1791 году Комиссия, наконец, додумалась до идеи принять за константу окружность земли — земной меридиан. Поскольку меридиан является практически неизменным в достаточно долгий период времени, то за единицу длины решено принять одну десятимиллионную часть четверти земного меридиана. Однако для этого нужно измерить полную окружность Земли по меридиану, а это мудрёная задача.
Французы обладали ценным опытом в измерении расстояний и вычислении площадей. Территорию Франции измерили ещё в XVII веке. Король Людовик XIV приказал осуществить впервые в истории точное измерение территории всей страны. Землемеры выполнили приказ короля с помощью метода триангуляции для топографических съёмок, заключающийся в построении примыкающих друг к другу треугольников. Они провели огромную работу, но результат крайне разочаровал венценосного заказчика — площадь Франции оказалась на 20 процентов меньше, чем считалось. Разочарованный король-Солнце воскликнул: «Ваши труды обошлись мне дорого: я потерял больше земель, чем хотели у меня отнять все мои враги!»
ТРИАНГУЛЯЦИЯ
Начиная с XVII века в картографии применялась триангуляция. В первую очередь на равнинной местности нужно проложить прямую линию с помощью деревянных реек определённой длины или цепей, натянутых на колышки. Кроме того, необходимо обозначить хорошо просматривающуюся триангуляционную точку, например, заметный издалека холмик или шпиль на церковной колокольне. Из точек, где заканчивается первая прямая линия, намечаются линии к этой третьей точке и измеряются углы. Поскольку известна длина одной стороны треугольника, а также два угла, можно по тригонометрическим формулам вычислить две другие стороны треугольника и его площадь. Из каждой вершины полученного треугольника на местности можно наметить с помощью колышков и реек следующие треугольники. Таким образом, в результате сложения площадей треугольников на местности можно определить площадь больших участков. В некоторых случаях картографы устанавливали специальные измерительные башенки для удобства обозначения точек на местности.
Неоценимую помощь в многотрудной работе оказали землемерам так называемые неподвижные звёзды, которые издавна использовались в качестве ориентиров при навигации. Самый яркий пример — Полярная звезда. Чем севернее находится точка наблюдения, тем выше стоит на небосклоне Полярная звезда. Если в северной точке отрезка наблюдения картографы обнаруживали Полярную звезду на десять градусов выше, чем на южном конце отрезка, они знали, что они измерили на Земле дугу меридиана, соответствующую десяти градусам. Этот отрезок умножается на девять и получается длина дуги, составляющей четверть окружности с центральным углом 90 градусов.
ПРОЕКТ ПОД УГРОЗОЙ СРЫВА
Летом 1792 года, в разгар революционной сумятицы, Французская академия наук поручила двум учёным произвести измерение и вычисление дуги Парижского меридиана, проходящего с севера на юг через всю Францию.
Астрономы Жан-Батист-Жозеф Деламбр и Пьер-Франсуа-Андре Мешен взялись за измерения меридиана между Дюнкерком и Барселоной. Деламбр, впоследствии в 1810 году избранный почётным членом Петербургской академии наук, начал работу в Дюнкерке, на берегу пролива Ла-Манш, а его коллега Мешен отправился со своей экспедицией в Барселону.
Астрономы-картографы покинули Париж 24 июня 1792 года. Деламбр и Мешен шли навстречу друг другу, отмечая точки на своём пути. Где не было высокой колокольни или естественной возвышенности, приходилось строить измерительные башни. Осуществление трудной работы время от времени прерывали бурные политические перемены.
Учёные даже не знали, что в Париже в 1795 году новое центральное правительство восстановило разогнанную радикальными революционерами Академию наук. Чтобы выполнить поставленную задачу, Деламбру и Мешену потребовалось ещё три года работы. Финансовые проблемы, неудобный рельеф местности, депрессия, от которой страдал переутомившийся Мешен, сильно затрудняли завершение измерений.
Но в 1799 году картографы всё же смогли представить в Париже результаты своего труда. Международная комиссия, состоявшая из учёных одиннадцати стран, проверяла итоги работы французских астрономов. Члены комиссии пришли к заключению, что вычисления верны. Парижское Национальное собрание 10 декабря 1799 года провозгласило введение новой единственной метрической системы. В тот год появился на свет архивный метр — первый в истории эталон метра. Отлитый из платины метр был передан на хранение в Национальный архив Франции.
ПОБЕДНОЕ ШЕСТВИЕ
Новую единицу измерения изготовили в 100 тыс. экземпляров, и эти образцы разослали по всей стране в качестве обязательных эталонов. Слово «метр» ответственная Комиссия образовала от древнегреческого слова «metron» — «мера». В действительности, чтобы метр составлял точно одну десятимиллионную часть четверти меридиана, его длина должна быть на 0,2 процента больше. Отчасти в этом расхождении повинны ошибки при измерении, но, главным образом, неточность является следствием полюсного сжатия Земли, которая не является шаром правильной формы. Несоответствие первоначально объявленного значения единицы длины долгое время не принимали во внимание.
До 1960 года изготовленный из платины метр хранился в Международном бюро мер и весов в Севре и считался эталоном длины. В 1983 году введено новое определение метра на основе скорости света. С тех пор метр считается равным отрезку, который проходит луч света в безвоздушном пространстве в течение одной 299 792 458-й доли секунды. Длина метра не изменилась, но дано другое определение, более универсальное и точное.
Первыми государствами, которые приняли новую единицу длины, установленную в наполеоновской Франции, были Бельгия, Нидерланды и Люксембург, занятые в то время французскими войсками. Единая метрическая система оказалась удобной и, следовательно, выгодной торговцам и строителям, промышленникам и банкирам, а также и чиновникам. В продолжение всего XIX века метрическая система постепенно проложила себе дорогу в большинство европейских стран, а также во французские и испанские колонии. В Великобритании официальный переход на метрическую систему объявлен только в 1960 году, однако последовательного и окончательного перехода не произошло. Между тем метрическая система в наше время признана обязательной по всему миру, за исключением США, Бирмы (Мьянма) и Либерии.