Худеющим килограммам найдется замена | Телеграф

Метр, килограмм, секунда — с этими привычными величинами мы знакомы с детства. Азбучные истины: в метре — сто сантиметров, а килограмм состоит из тысячи граммов, а из шестидесяти секунд состоит одна минута. Эти постоянные величины зафиксированы и описаны и, казалось бы, незыблемы. Однако то и дело проскакивают сообщения о поверке универсального времени и корректировке его на одну високосную секунду по сравнению со временем солнечным, или о том, что эталон килограмма уменьшился на 50 мкг при очередном контрольном взвешивании. Казалось бы, пустяк. Однако по мнению специалистов в области метрологии, это может серьёзно исказить результаты сложных научных вычислений: от величины эталона массы зависят многие постоянные и производные системы СИ. И потому до конца 2007 года в Париже соберется консультативная группа, которой предстоит найти замену металлическому эталону килограмма. Она будет основана на более точных расчетах, и все государства должны будут принять эти изменения.

У каждого свой метр

На момент введения метрической системы в Европе XVIII века насчитывалось не менее четырехсот различных по величине единиц измерения, имевших одинаковое название и применявшихся в разных странах. До сих пор в США и Великобритании используются разные тонны — короткая (примерно 907 кг) и длинная (примерно 1016 кг). Для облегчения торговых операций каждое государство стремилось стандартизовать меры и таким образом облегчить торговые операции с соседями. Всего же в XI–XVIII веках по подсчетам историков в мире применялось не менее 250 тысяч единиц измерения.

Да что далеко ходить, только в России можно насчитать не менее десятка мер веса: фунт, пуд, золотник, куна, берковец, безмен, гривна и гривенка, почка и капь, контарь и терези. При этом от случая к случаю могли менять не только абсолютные значения каждой из них, но и соотношения.

Современные историки и археологи, изучая древние источники и археологические находки — клады монет, в которых встречаются и мерные гирьки, спорят о том, какие меры веса использовались на Руси после перехода от натурального обмена к товарно-денежным, или, точнее, денежно-весовым отношениям. Одни склоняются к тому, что денежно-весовые отношения пришли в Восточную Европу и на территорию современной России с варягами, другие — что их принесли купцы с Ближнего Востока. Однако и те, и другие торговцы пользовались своими монетами, пересчет и перевод которых в весовую единицу, принятую у славян, — гривну, до сих пор вызывает споры.

Удается, однако, реконструировать примерно такую историю. В I–III веках 20 римских динариев были приравнены одной гривне (такую гипотезу высказывал академик В. Л. Янин), весившей приблизительно 68 г. В кладах VIII–IX веков находят восточные серебряные монеты — дирхемы. Один дирхем IX века весил 2,73 г и по кросс-курсу того времени равнялся

гривны (эту денежную единицу назвали куной). В начале X века появился тяжелый дирхем (3,41 г), который относился к гривне как 1 к 20. Эта денежная единица стала называться ногатой (от арабского «нагд» — хорошая, отборная монета). Позже денежная система все больше усложнялась. Появились такие денежные единицы как резана (1,36 г,

гривны) и самая мелкая металлическая платежная единица Древней Руси — веверица (векша), значение которой точно неизвестно. Возможно, она составляла шестую часть куны. Денежный счет приобретает следующий вид: гривна = 20 ногатам = 25 кунам = 50 резанам = 150 веверицам.

В середине X века общерусская денежно-весовая система как бы разделилась на две местные системы — северную и южную. В основу северной системы была положена норма веса, принятая в торговле с Западной Европой. Гривна этой системы равнялась 51,19 г серебра и являлась древнейшим эквивалентом возникшего впоследствии русского фунта, состоявшего из 96 золотников. В основу южной системы был положен вес, связанный с византийскими мерами веса.

Гривна и её производные (такие, как полугривна или гривенка) упоминаются как весовые единицы в грамотах и документах XII–XIII веков. Также встречаются такие меры веса, как золотник, пуд и берковец. Эти единицы не имели такой жесткой привязки к дирхему, и поэтому ими было удобнее пользоваться. При различных обстоятельствах им можно было придавать различные значения, главное, чтобы все стороны, вовлеченные в процесс обмена, понимали, о чем речь. Как именно это происходило, прекрасно описывает известный российский историк Аарон Яковлевич Гуревич в своей книге «Категории средневековой культуры» на примере единицы измерения площади — моргене. Под одним моргеном понимается часть поля, которую крестьянину удается вспахать за один световой день. Разумеется, её точное значение разное в разных местностях и даже в разные сезоны, но такая неоднозначность не разрушала коммуникации. «Никому и в голову не приходило задуматься над более точным (с современной точки зрения) определением размеров владения, — принятый тогда и повсеместно распространенный способ измерения земли был вполне удовлетворителен, он был и единственно возможным и мыслимым для людей средневековья», — поясняет Гуревич сложившуюся практику. Видимо, нечто похожее происходило и с единицами веса на Руси. Однако такой произвол затруднял работу государственных институтов — например, таможни.

И уже в XIV веке появляется более жесткая привязка пуда к сорока большим или восьмидесяти малым гривенкам, а 10 пудов составляли берковец. Ещё позже появились такие меры веса, как почка (

часть золотника, что по современным меркам составляло 0,17 г) и пирог — ¼ часть почки или около 0,4 г.

Старые весовые единицы — гривенка и золотник — оставались в ходу до XVI–XVII веков. Согласно «Торговой книге», в которой пытались упорядочить бывшие в употреблении меры, большая гривенка была равна 96 золотникам, а малая — 48 золотникам. Пуд состоял из 40 больших гривенок или 80 малых. Особой весовой единицей была полугривенка малая, равная 24 золотникам. «Торговая книга» называла и другие весовые единицы — ансырь, или фунт (409,512 гр. по метрической системе, он равнялся 128 золотникам, однако позже приравнивался к 96 золотникам или большой гривенке); безмен, равный 2,5 фунта; контарь, вес которого определяется в 2,5 пуда. Был и золотник (4,267 г), который делился на 25 почек.

Точность весов и соответствие гирь определенным «государственным стандартам» начали регулярно проверять как по требованию таможенного ведомства, так и по просьбам и жалобам торговых людей уже с конца XVI века. Так, в архивах сохранилась жалоба таможенного головы Никиты Быкова от 1645 года с просьбой заменить весы и меры веса в Устюжне Железопольской. Иногда жалобы на неточность гирь и весов на различных таможнях поступали от иностранцев и, учитывая важность торговли с другими странами, удовлетворялись немедленно. Единой государственной организации по поверке мер и весов (то есть сличению их с эталоном) в России не существовало, однако правительство временами рассылало по городам заклейменные государственной печатью меры и орудия взвешивания. Они служили не столько по прямому назначению, сколько использовались как эталоны для проверки инструментов для взвешивания на местах.

Попытки систематизировать и стандартизировать системы мер и весов на государственном уровне были приняты в 1736 году Комиссией весов и мер во главе с главным директором Монетного правления графом Михаилом Головкиным. Она проработала до 1742 года и определила исходные размеры образцов мер, создала эталоны и разработала мероприятия по организации поверочного дела. Изучив всевозможные меры, присланные с мест, Комиссия сличила и определила их размеры, выбрала наиболее приемлемые единицы измерения и установила соотношение мер друг с другом. Также был установлен и разработан детальный проект системы мер и организации поверочного дела в стране.

После долгих обсуждений за эталон веса было решено принять гири Монетной канцелярии, в соответствии с которыми велась чеканка монет. Медная гиря Монетной канцелярии была сделана в 1727 году B. Н. Татищевым в соответствии с весом «чугунного пудовика», который находился на Монетном дворе для поверки гирь. Тем самым комиссия решила вопрос эталона и одновременно не нарушила сложившейся денежно-весовой системы.

Однако планам комиссии перейти на десятичную систему счисления и определить единицу длины не суждено было сбыться. Работа, проведенная комиссией в области стандартизации мер, отразилась в указе 1797 года «Об учреждении повсеместно в Российской империи верных весов, питейных и хлебных мер» и завершилась созданием научно построенной системы основных российских мер и прототипов русских мер. Позже аналогичные комиссии собирались в 1827 и 1835 годах. Итогом их работы стала единая научно-обоснованная система основных российских мер и прототипов русских мер, узаконенная указом «О системе Российских мер и весов» от 11 октября 1835 года.

В её основу была положена привязка к английской системе мер и весов, что значительно облегчило сотрудничество с Великобританией в области торговли и развития промышленности. Созданные к 1842 году эталоны мер были утверждены «Положением о мерах и весах 1842 года» и вводились к повсеместному употреблению на территории Российской империи с 1 января 1845 года. Так, за основную единицу веса закон определял принять фунт, равный весу воды в объеме 25,019 куб. дюймов при температуре 13

по Реомюру в безвоздушном пространстве (это чуть больше 400 г). Система мер, определенная законом 1835 года, просуществовала в стране до 1927 года фактически в неизменном виде.

На основе расформированной в 1842 году комиссии было создано «Депо образцовых мер и весов», на которое возлагались работы по организации поверки мер. В 1892 году хранителем «Депо» стал Дмитрий Менделеев, который полностью перенастроил работу организации. В 1893 году Депо было преобразовано в «Главную палату мер и весов» во главе с Менделеевым. А на саму Палату возлагалось в том числе хранение эталонов единиц веса и мер, принятых в России и за границей; изготовление точных копий с основных образцов для поверки торговых мер и весов и периодическая поверка этих копий; поверка всякого измерительного оборудования и составление сравнительных таблиц русских и иностранных мер. Итогом первых лет работы Палаты стал Закон 1899 года об утверждении Положения о мерах и весах, который устанавливал порядок хранения эталонов мер, расширял функции «Главной палаты мер и весов» по поверке мер и вносил крупные нововведения в организацию поверочного дела в стране. Закон 1899 года помимо российских мер с 1 января 1900 года вводил в обращение и традиционные сегодня метрические меры — килограмм и метр.

Эпоха единения

Идея создания единой системы мер возникла во Франции еще в XVII–XVIII веках, однако была воплощена в жизнь лишь благодаря буржуазной революции 1789 года. В мае 1790 года Национальное собрание поручило Парижской академии наук подготовить новую систему мер. И пока одни ученые пытались высчитать длину одного градуса парижского меридиана для определения единицы длины, физики Лавуазье (Antoine Laurent de Lavoisier, 1743–1794) и Рене-Жюст Гаюи (l'abbé René Juste Haüy, 1743–1822) подготовили материалы для определения веса воды — основу для измерения тяжести. За единицу веса приняли вес кубического дециметра дистиллированной воды, взятой при наибольшей плотности (+ 4 °С). Взвешивание проводилось в вакууме и в месте, находящемся на уровне моря и на широте 45°. Полученная величина была названа килограммом и составляла 1000 грамм (от греческого «грамма» — надпись, обозначение). Все производные единицы также считались в десятичной системе и имели соответствующие производные: мириаграмм = 10 килограммам, гектограмм = 10 декаграммам, декаграмм = 10 граммам, грамм = 10 дециграммам, дециграмм = 10 сантиграммам, сантиграмм = 10 миллиграммам.

Дальше надо было убедить и другие страны провести у себя похожую реформу. В мае—июне 1799 года был созван Международный конгресс, но в нем приняли участие лишь несколько стран — Европу раздирала война. Тем не менее на нем удалось связать новые фундаментальные единицы с определенными природными явлениями. Метр составил сорокамиллионную долю земного меридиана, секунда — часть солнечных суток, килограмм — вес кубического дециметра воды при 4 °С, взвешенного при определенных условиях. Прототипы в виде линейки и гири из платины были представлены членам Французского парламента и участникам конгресса, а после сданы в Национальный Архив республики. Также были изготовлены железные копии эталонов метра и килограмма, их использовали как образцы при промышленном производстве гирь, линеек и мерных лент. Юридически метрическая система была введена во Франции в декабре 1799 года, однако практически стала обязательной в стране и её колониях только с 1 января 1840 года.

Постепенно у идеи такой унификации появлялось все больше и больше сторонников, и уже в 1872 году в Париже была созвана Международная комиссия по изготовлению образцов метрической системы для всех народов, в ней участвовали представители тридцати государств. Комиссия признала за основы метрической системы архивные метр и килограмм, изготовленные в 1799 году. В 1875 году семнадцатью странами была подписана Метрическая конвенция «для обеспечения международного единства и усовершенствования метрической системы» и учреждено Международное бюро мер и весов (Bureau International des Poids et Mesures, BIMP) — постоянное учреждение, находящееся в предместье Парижа.

После революции 1917 года к соглашениям присоединилась и новая республика, РСФСР. По постановлению СНК (Совет Народных Комиссаров - аналог кабинета министров) следовало «положить в основание всех измерений международную метрическую систему мер и весов с десятичными подразделениями и производными. Принять за основу единицу длины — метр, а за основу единицы веса — килограмм. За образцы основных единиц метрической системы принять копию международного метра, носящую знак № 28, и копию международного килограмма, носящую знак № 12, изготовленные из иридиевой платины, переданные России I Международной Конференцией Мер и Весов в Париже в 1889 году и хранимые ныне в Главной Палате Мер и Весов в Петрограде».

В СССР пользоваться старыми единицами мер и весов запрещалось с 1 января 1927 года. А в 1960 году на XI Генеральной Конференции по мерам и весам была подписана конвенция, объединившая уже тридцать две страны. Это конвенция признавала Международную систему СИ единственной или основной. В семь основных единиц этой системы входит килограмм, определяемый как масса 1,000028 кубического дециметра воды при температуре её наибольшей плотности. Но кроме этого универсального определения, в России есть и свой национальный эталон — он хранится в Санкт-Петербурге в НПО «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева». Один раз в десять лет с ним сличаются два вторичных эталона, погрешность воспроизведения килограмма в которых составляет 2·10^–9 .

Национальные эталоны килограмма и метра есть у всех стран. Их международные прототипы вместе с двумя контрольными к каждому прототипу образцами ещё в 1889 году были помещены на хранение в специальное здание — Бретейльский павильон парка Сен-Клу в окрестностях Парижа. Прототип килограмма представляет собой платиновую цилиндрическую гирю, высота и диаметр которой равны по 39 мм. Сверка прототипа килограмма и метра с контрольными образцами проводится раз в 25 лет. За 108 лет килограмм потерял около 3·10^–8 части своей массы.

Последняя проверка эталона дала погрешность измерений в 50 мкг, что, по мнению специалистов в области метрологии, может серьёзно исказить результаты сложных научных вычислений: от величины эталона массы зависят многие постоянные и производные системы СИ, в частности, электрические. И таким образом колебания массы эталона могут отрицательно сказаться на экономике многих стран. Однако, как считают сами сотрудники Международного бюро мер и весов, непонятно, стал ли легче сам прототип или потяжелели образцы из других стран.

Когда консультативная группа наконец соберется, ей придется найти замену металлическому эталону килограмма. Среди возможных претендентов круглый килограммовый шар из чистого кристалла изотопа кремния-28. Он включает атомы одного типа и имеет фиксированную массу. Пока что ученым из восьми стран, работающим над этим проектом под эгидой Немецкой лаборатории стандартов (German standards laboratory), удалось получить образец кристалла с чистотой образца 99,994%, а для того, чтобы получить из него новые эталоны, необходимо «избавиться» от лишних атомов, уточнить параметры фигуры и провести дополнительные исследования. На это уйдет несколько лет.