Вольдемар Смилга - Очевидное? Нет, еще неизведанное…
Представители многих стран договорились расстояние между штрихами на этом стержне считать единицей длины. Все линейки, все шкалы измерительных приборов в конечном итоге скопированы с этого метра.
Дальнейшие более точные измерения показали, что архивный метр только приблизительно равен одной сорокамиллионной доле земного меридиана, но эталон из-за этого менять не стали. С парижского метра сняли точнейшие копии и разослали их во все государства. У нас в Советском Союзе за государственный эталон принята копия № 28 — стержень, изготовленный из платино-иридиевого сплава.
Непосредственно с этой копии градуируют шкалы наиболее точных измерительных приборов. С их шкал, в свою очередь, копируют шкалы менее точных и так далее, до школьной сосновой линейки, находящейся, пожалуй, на низшей ступеньке феодальной лестницы, на вершине которой царит парижский метр.
В общем вспоминается та незримая нить, которая, по авторитетному свидетельству горьковского жандарма, связывала государя императора с каждым дворником Российской империи.
А что будет, если парижский метр погибнет или, еще проще, изменит свои свойства?
Поскольку есть его точнейшие копии, реально — ничего страшного: «небольшой дворцовый переворот».
За эталон длины по международному соглашению примут, например, лондонский или московский метр. И так как новый эталон с высочайшей степенью точности совпадает с парижским метром, то перемена правления (эталона) не затронет «народ» — измерительные приборы. Все останется по-прежнему. В самом крайнем случае, если испортились и эталон и все его точные копии, можно будет восстановить эталон длины, опять измерив меридиан Земли. Впрочем, подобные предположения относятся к той фантастике, которая допустима только в детективно-фантастических романах.
Но если бы (что сравнительно реально) московский метр слегка удлинился от повышения температуры, в Советском Союзе была бы порядочная неразбериха и путаница, пока не установили бы, что копия испортилась. Поэтому эталоны длины хранят в глубоких подвалах, где все время поддерживается постоянная температура, исключены малейшие сотрясения и т. д. (Кстати, поэтому же эталоны готовят из сплавов с минимальным коэффициентом теплового расширения.) Короче, эталоны хранят в таких условиях, чтобы быть уверенными в неизменности их свойств.
Кажется, в Париже помещение, где находятся эталоны физических величин, заперто на три замка. Ключи от этих замков хранят три руководящих сотрудника Палаты, не передавая их никому другому. Чтобы проникнуть в хранилище, необходимо их одновременное согласие и присутствие. Пожалуй, это один из немногих случаев, когда можно приветствовать бюрократические методы.
Естественно, все, что сказано об эталоне длины, относится и к эталонам любой физической величины. Суть одна. Физики берут какой-то реальный предмет (или реальный физический процесс), свойства которого сохраняются неизменными, и говорят: «Вот единица длины (или единица массы, электрического сопротивления, времени и т. д.). Мы так условились, и теперь извольте все измерения производить нашей единицей». Понятно, что если свойства эталона нестабильны, то с измерениями произойдет такая путаница, что измерителя выгонят вон вместе с эталоном.
Об эталоне длины можно рассуждать еще весьма долго. Мы, например, совершенно умолчали, что в наши дни в качестве эталона длины следует выбрать длину волны какой-либо линии испускания или поглощения в спектре атома[11]. Такой эталон хорош, поскольку весь опыт физиков показывает, что его свойства остаются неизменными.
Например, длина волны желтой линии натрия (желтого дублета натрия) неизменна для всех атомов натрия на Земле. Главное достоинство такого эталона в том, что он всегда под руками. Впрочем, есть и существенный недостаток — эталон очень мал (порядка микрона — 10-4 см).
У нас нет возможности рассказывать обо всем этом более подробно. Но стоит упомянуть об истории системы мер.
Представьте, что историк прочел в древнегреческой книге: «Высота Александрийского маяка была 0,8 стадия». Не надо читать все предыдущее, чтобы понять, что этим мало что сказано. Чему равен стадий? Что это за единица длины?
Вы можете встретить и в других местах упоминание о стадии, можете узнать, сколько локтей (другая единица длины) содержит стадий, но пока вам не предъявят реальный предмет и не скажут: «Вот этот меч имеет длину один локоть, а в стадии 360 локтей», — вы ровно ничего не узнаете.
Мало того, вы еще должны быть уверены, что эталон сохранился неизменным.
Но и этого недостаточно. Допустим, в другой книге есть указание, что наименьшая ширина Геллеспонта — 4 стадия. Геллеспонт (Дарданеллы) существует и сейчас, и вряд ли изменилась ширина пролива. Но кто знает, с какой точностью измерили его греки? Этот пример перекликается с забавной историей определения длины земного меридиана. С детских лет мы слышим, что Эратосфен Киренский определил окружность Земли с удивительной точностью. Он получил 39 681 километр. Однако не очень ясно: как это стало известно? Ведь у Эратосфена длина меридиана определена в стадиях — 252 тысячи стадий. Очевидно, как-то определили, чему равен стадий. Изумительное по четкости сообщение можно найти в энциклопедическом словаре.
На число 39 681 следует обратить внимание, как на пример бессмысленного стремления к точности.Стадий — древнегреческая мера длины: 174–230 метров!
Удивленный подобной точностью, я обратился к специалисту по древнегреческой истории. Он перерыл довольно много книг, прежде чем сообщил результаты. И увы! Создалось впечатление, что о системе мер у греков нам почти ничего не известно. Неясно, была ли вообще в эллинском мире единая система мер. Имели ли греки эталон длины? Чему равен стадий? И наконец, с какой точностью Эратосфен вычислил земной меридиан? Правда, на египетских гробницах высечены эталоны локтя, но никто, кажется, не знает, был ли этот локоть принят во всей Элладе. Вообще историки как будто не слишком интересуются историей системы мер, считая, что это частный вопрос. А, между прочим, по качеству системы мер можно очень много сказать о развитии, например, торговых связей. Широкая торговля, особенно денежная, немыслима без существования эталонов длины и веса.
Любопытные сведения имеем мы об эталоне длины у арабов. Там эталоном считалась толщина волоса с морды осла. Вряд ли имеет смысл объяснять, как нестабилен эталон, целиком определяемый личными качествами осла, которые, как показал многовековой опыт человечества, весьма разнообразны.
Еще более анекдотичен с нашей точки зрения эталон древних монголов — дневной конский переход. Тут уж ни о какой стабильности говорить не приходится, хотя соратников Чингисхана подобное измерение расстояний, очевидно, вполне устраивало.
Интересно также отметить, как практика диктует выбор эталона длины. Единица длины обычно выбиралась соразмерно с человеческим телом.
Ярд, как гласит предание, — это расстояние от кончика носа короля Генриха II до концов пальцев его вытянутой в сторону руки. Фут выдает само название (ступня). Локоть древних — тоже. Русская сажень — расстояние между пальцами раскинутых рук. И наконец, хитроумный Лаплас за единицу длины выбрал — 1/40 000 000 земного меридиана просто потому, что метр — длина того же порядка, что и рост человека.
На этом с длиной закончим…
Здесь начинается обсуждение понятия времени в физике. Это важнейший вопрос, но многое для читателя, вероятно, окажется неожиданным, а потому и сложным.Пожалуй, до Эйнштейна почти никто не задумывался над вопросом: что же такое время? Практически физики удовлетворялись загадочным определением Ньютона.
Впрочем, надо заметить следующее.
Развернутую критику основных положений механики Ньютона провел Эрнст Мах. Это имя хорошо известно как имя автора реакционной идеалистической философской системы — махизма.
Что касается его философских взглядов, а также физических выводов общего характера, сделанных им на основе своей философской системы (например, отрицание существования атомов), тут, мягко говоря, ничего хорошего не скажешь.
Но его критика Ньютона, безусловно, в целом была прогрессивна, и Эйнштейн не раз упоминал, что эти работы Маха оказали на него большое влияние.
В работе Маха существенна негативная часть — фиксирование ошибок или бессодержательных положений Ньютона. Полной ясности в основные положения механики Мах, конечно, не внес. Его положительные утверждения также во многом ошибочны или бессодержательны. Но заслуга Маха в том, что он первый пробил брешь в стене слепого преклонения перед Ньютоном.
