Секунда, метр, килограмм - такие, казалось бы, привычные единицы измерения, с которыми мы встречаемся практически ежедневно. А задумывались ли вы, откуда известно, сколько весит килограмм, как измеряется секунда, метр, и так далее? Тех, кому было интересно это узнать, факультет физики Варшавского университета пригласил на встречу в цикле «Спроси физика» с кандидатом технических наук Гжегожем Лахом. Ученый любезно согласился стать также нашим собеседником.
Гжегож Лах на встрече в цикле "Спроси физика", посвященной мерам и весам. Фото: И. Завиша
- Может быть, начнем с экскурса в историю. Все мы помним, что были такие меры в славянских странах, в том числе в Польше, как, например, локоть, сажень, верста, вершок, горшок, бочка. А какие факторы или предпосылки сформировали единицы измерения как таковые? Что именно повлияло на такую необходимость?
Гжегож Лах: Главным явлением, которое потребовало создания единиц измерения, их стандартизацию, была торговля. Речь шла о том, что если мы покупаем какие-то товары в одном месте и продаем в другом, настолько далеком, что люди там могли иначе договориться относительно единиц измерения, то надо было знать, как одно соотносится с другим. И эти исторические поводы влияют и на нашу современность. Большинство учреждений, занимающиеся определением измерительных единиц, использованием их на практике, например, как от определения перейти к способу взвешивания в магазине, не связаны с наукой, хотя, конечно, опираются на научные исследования, но формально подчиняются министерствам экономики, департаментам торговли. Так что это имеет последствия до сегодняшнего дня.
- Почему до сих пор сохранились различия в определении измерительных единиц? Все эти футы, пинты, дюймы, метры, сантиметры, граммы?
Гжегож Лах: Одной из тенденций, создавшейся давно - я не историк, мне трудно сказать, когда именно - была унификация мер. На волне других перемен после Французской революции введена система SI (франц.Système international d'unités), которая по идее должна была стать международной и по возможности независимой от того, кто изобретает измерительные единицы. Такая система задумывалась как общее достояние человечества. Конечно, тогда это не совсемреализовалось. Во многих местах, даже не только территориально, в некоторых странах, но и в некоторых профессиональных кругах, ремесленных цехах, по причине удобства, пользуются другими единицами измерения, не связанными с системой SI. Однако во всех сферах, где нужна особая точность, то даже в странах, которые обычно пользуются другими единицами, используется система SI, именно потому, что она очень хорошо сформулирована. Когда мы говорим «килограмм», все знают, сколько именно он составляет.
- А какие учреждения - международные или национальные устанавливают эталоны, сколько составляют пресловутые килограмм, секунда, метр и так далее? Что считается общепринятыми стандартами, и на чем основываются методы подсчета?
Гжегож Лах: Это очень сложная система, и бюрократическая процедура длится долго при каждом изменении величин. Последние изменения были связаны со сверхточными измерениями, где нужно было много специальных компетенций, особенно такого консультационного органа, который давал рекомендации Международному бюро мер и весов - организации, которая занимается опекой и надзором за системой SI. Есть также меньший совещательный орган по измерительным единицам, который, кстати, возглавляет наш профессор из Варшавского университета, факультута физики - Кшиштоф Пахуцкий. Это относительно небольшой круг людей, дающих рекомендации относительно того, какие изменения принесли бы пользу.
- На встрече в рамках цикла «Спроси физика» Вы сказали, что стоит определять единицы мер через призму фундаментальных явлений, а не по материальным эталонам, и добавили, что в основе такого подхода лежит альтруизм, но не обязательно в отношении человечества. Как это понимать?
Гжегож Лах: Здесь есть элемент такого характера... даже не знаю, как назвать, может, идеологического. Речь по-прежнему идет о том, чтобы система мер и весов была общим благом, чтобы они определялись таким способом, чтобы каждый человек или учреждение, имеющее соответствющие компетенции,- а порог вступления здесь очень высокий, - были в состоянии это сделать. Я привел бы здесь такой мыслительный эксперимент. Если бы мы захотели согласовать измерения при конструировании какого-то прибора со внеземной цивилизацией, с которой нет прямого контакта, и нам нужно, чтобы инопланетяне создали деталь, которая подходила бы к нашим элементам конструкции, то надо как им передать, сколько составляет метр (как он сейчас измеряется, можно прочитать в Википедии. Метр — длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1⁄299 792 458 секунды. Из этого определения следует, что в СИ скорость света в вакууме принята равной в точности 299 792 458 м/с - прим. Ред.) Это одна причина, а другая связана с безопасностью. Хранение эталонов в каком-то конкретном месте таит опасность кражи или уничтожения, или риск отказа владельца предоставить к нему доступ. Речь идет о том, чтобы система измерительных единиц выполняла роль общего языка, такого «эксперанто».
- Разрешите задать Вам абсолютно детский вопрос: а зачем нужно так точно всё измерять?
Гжегож Лах: Это совершенно невероятно, как в современном мире все мы зависимы от сверхточных измерений, хотя бы в связи с тем, чем мы ежедневно пользуемся. Например, система спутниковой навигации GPS или европейская система Galileo. Точное измерение расстояния, времени очень важно при выполнении финансовых транзакций на рынках, объединяющих разные страны. Представьте себе ситуацию, что два человека совершают сделку на бирже в Токио и в Нью-Йорке, и в опредленный момент надо узнать, кто из них совершил операции первым. Система должна это зафиксировать на уровне микросекунд. Навигация имеет ключевое значение в транспорте, в армии, и утрата доступа к такой системе спутниковой навигации, каждый элемент которой базируется на международном сотрудничестве, имела бы очень серьезные последствия.
Так выглядит секунда на атомных часах в Университете им. Николая Коперника в Торуни. Фото с изображения на экране: И. Завиша
- К этому, наверное, можно добавить подсчет спортивных результатов, где доля секунды тоже имеет значение. Напомню, что нашим собеседником был кандидат технических наук Гжегож Лах из Варшавского университета.
Автор передачи: Ирина Завиша