Practica de măsurare este aproape la fel de veche ca și istoria umană. Economia, bazată pe diviziunea socială a muncii și a comerțului, nu poate exista fără măsurători. Deja primele mari civilizații din Mesopotamia, Egipt, Hindustan și China au necesitat crearea de metode general acceptate și fiabile de determinare a distanțelor, suprafețelor terestre, greutății (sau a volumului) de cereale și metale. Un sistem de măsuri remarcabil de completat (pentru timpul său) a fost creat în Babilonia veche, de unde, prin medici ai comercianților și navigatorilor fenicieni, sa răspândit în Marea Mediterană.
Totul poate fi măsurat
Măsurătorile necesită repere-măsuri de referință. Pentru a deveni universal acceptate, ele trebuie să fie simple, ușor de înțeles și disponibile în general. Prin urmare, la început au apărut măsuri "naturale" care ar putea fi reproduse în orice loc și în orice moment. Din punct de vedere istoric, aceste unități au fost asociate în primul rând cu unele proprietăți ale plantelor, animalelor și oamenilor. Astfel, în cele mai vechi timpuri, în multe locuri, exista o măsură a suprafeței de teren, numită "hohote de taur". Aceasta corespunde dimensiunii site-ului în care acest sunet este clar audibil. Instalația engleză celebră și încă folosită a fost definită inițial ca lungimea a trei boabe de grâu luate din mijlocul urechii. Au existat măsuri și mai dificile: de exemplu, cu mii de ani în urmă în China, o unitate de lungime a servit ca un baston gol de bambus, care, atunci când un fluier a emis un anumit ton, scrie sunhome.ru
Odată cu dezvoltarea mestesugurilor și comerțului, au apărut unități special concepute, cum ar fi rigle, cisterne de măsurare, greutăți. Introducerea lor era de obicei însoțită de acorduri și chiar de ordine. De exemplu, toaleta franceză este inițial "șase pași regali". Apoi, s-au produs prototipuri stabile de măsuri, care ar putea să difere unele de altele (toaleta franceză este cu aproximativ 15 cm mai lungă decât cea elvețiană). Evident, rezultatul a fost un dezacord puternic. La sfârșitul secolului al XVIII-lea, 391 unități de greutate, numite lira,
și 282 de unități de lungime, trecând ca un picior. Numai în Ducatul Baden, erau 112 versiuni diferite ale unei alte unități de lungime - cotul.
Deja în secolul al XVII-lea, când s-au născut științele exacte în Europa, mulți oameni de știință au înțeles că o mare varietate de măsuri împiedică progresul economic și tehnologic. Apoi au început să ofere modalități concrete de a elimina acest haos. Cu toate acestea, nimeni nu a putut prevedea cât efort și timp va fi necesar pentru a rezolva această sarcină. Primul pas practic pe calea către obiectivul dorit a fost crearea unui sistem metric.
Fundamentele unui cont zecimal au fost puse în antichitate - acest lucru este destul de natural, pentru că o persoană are zece degete pe mâini. Cu toate acestea, nașterea oficială a măsurătorilor la scară zecimale este considerată a fi lungimea 1670 - a oferit matematicianul francez și astronom Gabriel Mouton. Cinci ani mai târziu a lucrat în Polonia arhitectul italian și optician Tito Livio Burattini a propus o unitate universală pentru măsurători de lungime pendul liniar care numara 3600 oscilații pe oră. Sub leagăn, a înțeles mișcarea încărcăturii de la un punct extrem la altul; în terminologia modernă aceasta înseamnă lungimea pendulului cu a doua jumătate a perioadei. El a numit Metrul Universal (Metro Cattolico). În cazul în care utilizarea școlii prin formula pentru o perioadă de pendul perfectă și substitut pentru accelerația gravitației, de exemplu, la latitudinea Moscovei, se dovedește că burattino standard, diferă în lungime de la contorul de curent este de numai aproximativ o jumătate de centimetru (în practică, această metodă nu este adecvată: în diferite locuri din întreaga lume pendulul se leagă în moduri diferite). Cu idei similare în 1660, Societatea Regală din Londra, iar în 1668 - astronomul francez Jean Picard. Burattini a fost primul care a realizat că unitatea universală de lungime nu ar trebui determinată decât printr-un acord simplu, ci pe baza unui standard natural și fiabil de reproductibil.
Ideea a fost bună și a fost încercată foarte devreme în Rusia. În 1736, în timpul domniei lui Anna Ioannovna, un decret al Senatului a înființat un comitet pentru măsuri și greutăți, condus de directorul Monetăriei, contele Mikhail Golovkin. Mulți membri ai Academiei de Științe din Rusia, inclusiv Leonard Euler, au participat la activitatea sa. Membrii comisiei au discutat despre utilizarea unităților naturale (sagen a fost propus să fie definit ca o parte cunoscută a meridianului, și lira - ca greutatea unei cantități date de apă), precum și multiplii și fracțiuni pe bază zecimală. Cu toate acestea, pentru a pune în aplicare aceste propuneri, comisia nu a avut nici bani, nici echipament. După aderarea lui Elizabeth, comisia a fost demisă, iar vice-cancelarul Golovkin, care sa ridicat la post, a fost deportat la Yakutia.
Nașterea unui contor și a unui kilogram
Ca unitate de masă chimist Antoine Lavoisier crystallographer și Raney Juste Ayi propusă în 1793 de către Comitetul francez de Măsuri și Greutăți pentru a utiliza grame - masa de un centimetru cub de apă pură la temperatura de topire a gheții. Pentru comoditatea utilizării practice a Lenoir deja menționată a făcut referință în greutate cupru gantera în 1000 de la 1795 o nouă unitate de masă de oțel numit un kilogram. Patru ani mai târziu a fost făcută propunerea fizica Louis Lefebvre-Guigniault cântărește apă la o densitate maximă (4 # 730; C). Noul standard al kilogramului a fost făcut din platină și depus în Arhiva Republicii. Mai multe copii ale acesteia au fost, de asemenea, făcute pentru a fi utilizate ca probe în fabricarea greutăților. Cu toate acestea, măsurătorile efectuate în secolul al XIX-lea au arătat că masa de 1 dm3 de apă este mai mică cu 0,028 g decât masa standardului de arhivă. Pentru a evita orice neînțelegeri în viitor, în conformitate cu standardele Comisiei Internaționale a sistemului metric în 1872 a decis să ia ca unitate de masă din greutatea prototip - kg archive.
Mai mult de 80 de ani de metru de arhivare a fost doar masurare standard din lume, iar după 20 mai 1875 de reprezentanți ai 17 țări (inclusiv Rusia) a fost semnat la Paris la Convenția Meter și a stabilit mai multe organizații de metrologie inter-statale. În 1877, firma londoneză Johnson, Matthey și Co. Acesta a produs mai multe secțiune transversală în formă de X linii de platină-iridiu, dintre care unul a fost de numai 6 microni mai scurt metru de arhivare (a fost utilizat ca referință temporară), iar în 1882 a fost făcut pentru 30 de linii, printre care a fost copie aproape exactă metru de arhivă. În 1889, prima Conferință generală privind greutățile și măsurile a decis să ia în considerare lungimea liniei, la o temperatură de la 0 # 730; de la unitatea de lungime metrice.
În 1880 a apărut standardul internațional de un kilogram dintr-un aliaj format din 90% platină și 10% iridiu, în același timp s-au produs patru dintre cele șase exemplare oficiale existente ale acestui standard. Toate acestea sunt acum depozitate sub două capace de sticlă sigilate într-un seif situat în subsolul Biroului Internațional de Poi și Mesuri (BIPM) din Sevres, lângă Paris. În 1889, prima Conferință generală privind măsurile și greutățile a adoptat definiția unui kilogram ca fiind egală cu masa standardului internațional. Această definiție este valabilă în timpul nostru.
În prima etapă, sistemul metric trebuia să depășească rezistența conservatorilor, în spatele căruia se aflau forța tradițiilor și obiceiurilor. "Nu există nimic mai dezgustător în privința designului minții umane, a memoriei și a imaginației. Un nou sistem de măsuri și ponderi va fi o piedică și o sursă de dificultăți pentru mai multe generații ", a spus Napoleon Bonaparte.
Stabilirea sistemului metric au ajutat matematicianul german Carl Friedrich Gauss și colegul său de la Universitatea din Gottingen fizicianul Wilhelm Weber. În 1832, Gauss, care a fost implicat în studiul magnetismului terestru, a observat că măsurătorile magnetice nu au o bază fiabilă. Toate realizate prin experimente gauss au fost bazate pe efectele acțiunii mecanice a unui câmp magnetic (de exemplu, rotirea acului), și se propune introducerea unui nou sistem de unități (numite absolut sale), în care unitatea metric de lungime și greutate, împreună cu un al doilea au fost luate ca bază, și toate Alții, inclusiv câmpul magnetic, au fost determinați prin ei ca derivați pe baza legilor fizice cunoscute. Gauss a recomandat o scară zecimală pentru toate unitățile fizice (cu excepția a doua, care este din secolul al XIII-lea a fost definit ca 1/86400-lea al zilei solare medii).
Ideile lui Gauss și Weber au fost luate de fizicienii britanici James Maxwell și William Thomson, viitorul Lord Kelvin. În anii 1860, ei au propus dezvoltarea unui sistem cuprinzător de unități pentru măsurători fizice bazate pe o triadă Gaussiană. Astfel, a luat naștere sistemul CGS (centimetru, gram, a doua), cu care a intrat în circulație pe prefixe „micro“ la „mega“. În 1874 a fost aprobat de Asociația Britanică pentru Sprijinul Științei. Câțiva ani mai târziu că societatea a fost de acord cu 1 electricieni Congres Internațional de introducere a unor unități practice așa-numitele, care au fost formate prin înmulțirea emu CGS pe puteri întregi de zece și să devină mult mai convenabil pentru măsurătorile electrice. Acestea includ unități de rezistență (ohmi), tensiuni (volți) și amperi.
Pentru un timp, au existat unități practice în afară de cele metrice. Dar, în 1901 inginerul italian Giovanni Giorgi a arătat că oricare dintre ele poate fi adăugat la metru, kilogram, iar a doua și a obține un nou sistem, care are o structură logică impecabilă și adaptată la nevoile de tehnologie. Poziția centrală în noul sistem, în conformitate cu Georgi, ar trebui să ia unități practice de energie - wați și jouli (acesta din urmă a fost definit al 2-lea Congres Internațional de electricieni în 1889 ca un echivalent mecanic de energie electrică și termică).
Ideile lui Georgie au fost discutate de aproape jumătate de secol și au fost adoptate în cele din urmă de Comitetul Internațional de Masuri și Masuri numai în 1946. Ca al patrulea suport (unitatea de bază) a noului sistem, a fost aleasă unitatea practică a puterii actuale, amprenta determinată de rezoluția celei de-a 9-a Conferințe Generale privind greutățile și măsurile (1948). În conformitate cu tradiția, acest sistem a fost numit MKSA (metru, kilogram, secundă, ampere).
Puțin mai târziu, MKSA a decis să adauge o unitate de temperatură și intensitate luminoasă. În principiu, pentru acest lucru sunt suficiente suficiente unități energetice (fizicienii cu succes echivalent exprimă energia particulelor atât în volți electroni cât și în grade), însă metrologia necesită standarde care se realizează în practică. În 1954, cea de-a 10-a Conferință Generală privind greutățile și măsurile a aprobat Kelvin și candela în această calitate. Această pereche, plus alte patru unități principale MKSA și a devenit fundamentul sistemului Systeme International d'Unites (SI sau SI), succesorul Convenției Meter în 1875, aprobată în 1960 de către 11 Conferința Generală de Măsuri și Greutăți din Paris. În 1971, la acest șase, a fost adăugată o altă unitate de cantitate de substanță - un mol. În plus, SI include unități suplimentare fără dimensiuni pentru măsurarea unghiurilor plane și solide - radiani și steradiani.
Spațiu și timp
Sistemul SI a existat pentru puțin mai mult de 50 de ani, dar în acest timp, unele unități de măsură trebuiau redefinite. În special, linia contorului nu a fost un standard de lungime de aproximativ o jumătate de secol. În 1948, a 9-a Conferință Generală de Măsuri și Greutăți a recomandat introducerea unui standard care se bazează pe măsurători optice, iar în 1960 a preluat metru 1650 763.73 lungimea de undă de kripton-86, generată de trecerea electronilor din învelișul la nivelul 2p10 nivelul de 5d5. Dar această definiție nu a durat mult. La douăzeci de ani de la introducerea sa, metrologii au ajuns la concluzia că lungimea contorului trebuie determinată pe baza referinței de timp, deoarece ceasul atomic a furnizat o precizie mai bună decât franjurile de interferență. Ca rezultat, în 1983 metrul a fost definit ca distanța pe care lumina trece într-un vid pentru 1/299792458 o fracțiune de secundă. Astfel, baza standardului metrologic a fost postulatul teoriei speciale a relativității, care afirmă că viteza luminii într-un vid este o constantă fundamentală a lumii.
3,3h10-16. „Aceasta este ceasurile cele mai exacte din lume, - a spus Vitaly degete, șef al departamentului de metrologie de timp și spațiu FSUE“ VNIIFTRI „(All-rus Institutul de Cercetare a Măsurători fizico-tehnice). - Ceasurile noastre standard sunt inferioare acestora de aproape 100 de ori: standardul rus de timp și frecvență - ceasul de cesiu "fără răcire" - are o precizie relativă de 3x10-14. Dar, în viitorul apropiat, intenționăm să eliminăm restanțele prin construirea unui standard de cesiu pentru fântâni. În general, cea mai bună perspectivă pentru viitorul apropiat au standarde de frecvență optice bazate pe tranzițiile în ioni de mercur, singur sau yterbiu de stronțiu sau de atomi neutri de stronțiu sau de mercur - acestea sunt extrem de stabile în timp. Deja, precizia probelor experimentale individuale atinge 2 × 10-15 secunde și chiar mai mare, iar teoretic acestea sunt capabile să asigure precizia reproducerii unităților de timp și de frecvență la nivelul 10-17-10-18. "
Ultima fortăreață a mecanicii
Singurul standard "mecanic" rămas este un kilogram. Dar chiar și greutatea principalelor modificări internaționale standard în timp - până în prezent se crede că el a „pierdut“ 50 mcg substanță mikroperenosa datorată pe suprafața suportului în timpul depozitării, precum și pe suprafața de prindere care se deplasează la o reconciliere cu standardele naționale.
Toate acestea pot distorsiona rezultatele unor calcule științifice exacte, astfel încât oamenii de știință se gândesc la necesitatea de a da o nouă definiție a unui kilogram. În 1975, dr. Brian Kibble din Laboratorul Fiziologic Național (NPL) din Marea Britanie a sugerat ideea așa-numitelor "watt-weights". Acest dispozitiv vă permite să conectați unitățile de alimentare electrică și mecanică. "Această relație este baza metrologiei", explică asociatul de cercetare de conducere al Institutului de Cercetare Științifico-Metrologică All-Rusă, numit după MV Lomonosov. DI Mendeleyev Edmund francez. - Balanța constă în două bobine care interacționează între ele când un curent electric curge. Spre deosebire de cântarele de curent, aici se utilizează o calibrare suplimentară atunci când bobina se mișcă cu o viteză cunoscută în câmpul magnetic de referință. Datorită acestui fapt, este posibil să se reducă substanțial eroarea de măsurare a forței de interacțiune datorită geometriei bobinei. Astfel, este posibil să se exprime un kilogram în ceea ce privește unitățile electrice măsurate pe baza efectelor cuantice, adică prin constante fundamentale - se va elimina standardul "mecanic". Până în prezent, W-scara de lucru realizat în NIST SUA și NPL, dar în momentul în care cea mai mică eroare în măsurătorile lor de 3,6h10-8 că cel puțin două ori mai puțin decât este necesar pentru standard. " Un alt mod de a redefini un kilogram a fost propus de un grup de oameni de știință din Germania, Australia, Italia și Japonia, sub îndrumarea cercetătorilor Institutului de Fizică și Tehnologie din Germania. Ei intenționează să utilizeze metoda Avogadro, adică să definească un kilogram ca număr atomic de atomi. "Principala dificultate a acestei metode este aceea că este necesar să construim o latură ideală de cristal", spune Edmund Frenchman, "fără un singur defect și, în plus, dintr-un izotop, siliciu-28. Eroarea relativă a acestei metode este încă prea mare - 3,1 × 10-7. Apropo, a existat încă o direcție care a fost dezvoltată în VNIIM și în Japonia - metoda de masă supraconductoră levitativă, care a furnizat o precizie de aproximativ 4x10-6. Dar, din diverse motive, studiile nu au fost finalizate în niciuna dintre țări ".
Deci un kilogram rămâne ultimul standard pur mecanic.