Страница 10 из 27
Проект по определению универсальных единиц измерения способствовал не только социальному прогрессу – научное сообщество также видело необходимость определения универсальных мер, и Французская академия наук сыграла в реализации проекта немалую роль. Единицы измерения должны были использоваться для измерения различных величин, которые с точки зрения физики определялись как общие характеристики различных объектов и веществ, например вина и масла. Если требовалось измерить количество вина и масла, то не имело смысла использовать две разные единицы измерения, так как оба этих вещества являются жидкостями – достаточно одной, общей единицы. Спустя несколько лет была введена такая единица измерения – литр.
Одна из основных физических величин – это длина, которая является общей характеристикой для множества объектов и позволяет определить их размеры. Существовало множество мер длины, и казалось логичным начать с определения общей единицы измерения длины. Кроме того, требовались точные инструменты как для измерения эталона длины, так и для изготовления необходимого числа его копий. Для реализации проекта были все условия: совершенные ранее открытия позволяли изготовить очень точные измерительные инструменты.
При определении требований к новым универсальным единицам измерения решающую роль сыграли идеи равенства, провозглашенные французской революцией. Этих требований было три: во-первых, новые единицы измерения были обязательными к применению во всех странах, во-вторых, они должны были быть неизменными, в-третьих, они не должны были быть антропоморфными.
Выбор меридиана
Какими свойствами должна была обладать новая мера длины? Какие предложения звучали и как было принято окончательное решение? Наконец, почему было решено измерить длину дуги меридиана и какую именно? Ответы на эти вопросы были получены по результатам трех экспедиций, организованных с целью установления метра как универсальной единицы измерения расстояния.
Согласно постановлению Французской академии наук, требовалось найти меру длины, которая бы определялась на основе некоего явления природы, так как природа считалась неизменной и принадлежащей всему человечеству. Таким образом удалось бы обеспечить стабильность новой меры и ее неизменность с течением времени.
Но какое явление природы могло стать основой для такой единицы измерения при соблюдении вышеуказанных условий? Было рассмотрено три варианта: первый – длина маятника, второй – длина дуги экватора, третий – длина дуги меридиана.
Какие размеры должна была иметь новая мера длины, чтобы ее было удобно использовать в обычной жизни? В качестве отправной точки была выбрана мера, равная половине туаза. Таким образом, три приведенных выше варианта уже можно было рассмотреть подробнее. Этим занялась комиссия Французской академии наук по просьбе Национального собрания.
8 мая 1790 года, спустя три месяца после того, как Приер из Кот-д’Ор предложил определить универсальную меру длины, Национальное собрание на своем специальном заседании обсудило различные варианты. Прозвучало два важных доклада, в которых обосновывалась необходимость проведения метрической реформы и определения новой меры длины на основе длины маятника. Шарль Морис де Талейран, председатель собрания и епископ Отена, предложил считать эталоном длины маятник, отсчитывавший секунды на широте 45°. Во втором докладе, прочитанном самим Приером из Кот-д’Ор, указывалось, что новая система мер должна быть десятичной. Приер разделил маятник на три равные части длиной в один фут и описал следующую десятичную систему: фут равнялся 10 дюймам, дюйм – 10 линиям.
Заслушав все доклады, собрание поручило Академии наук изучить высказанные предложения и определить, как следует провести реформу системы мер. Академия, в свою очередь, организовала комиссию, куда вошли самые известные ученые того времени: Пьер-Симон Лаплас, Жозеф Луи Лагранж, Жан-Шарль де Борда, Гаспар Монж и Никола де Кондорсе. 19 марта 1791 года комиссия опубликовала доклад, где были представлены три варианта меры длины, пригодной во все времена и для всех народов:
– длина маятника, половина периода колебаний которого равна одной секунде на 45° широты;
– четвертая часть экватора;
– четвертая часть меридиана.
Хотя соотношения между часами, минутами и секундами описываются не десятичной, а шестидесятеричной системой счисления, использовать ее сравнительно просто, поэтому она и сохранилась до наших дней. Пересчет других единиц измерения в иных системах счисления был намного сложнее, так что с введением метра эти единицы измерения ушли в прошлое.
Французская академия наук поддержала десятичную систему, предложенную Приером, и склонилась к тому, чтобы из трех предложенных вариантов выбрать в качестве новой единицы измерения длину меридиана. После публикации доклада Академии наук окончательное решение оставалось за Национальным собранием.
26 марта 1791 года Национальное собрание утвердило решение Академии наук и выбрало третий вариант из предложенных. Собрание постановило: «Единицей измерения длины станет четвертая часть земного меридиана, а общеупотребительной мерой длины – десятимиллионная ее часть». На том же заседании было утверждено название новой единицы измерения – «метр» (от древнегреческого µετρητής – «мера»).
Почему Академия наук определила метр на основе длины земного меридиана?
К тому времени уже было получено несколько достаточно точных оценок его длины, однако требовалось реализовать намного более масштабный проект, который позволил бы добиться высокой точности измерений.
А до того задачу измерения Земли пытались решить еще во времена французской монархии. Задолго до описываемых событий была предпринята попытка измерить экватор в малоизученных областях, но французские ученые еще помнили, с какими трудностями столкнулась экспедиция в вице-королевство Перу. Как мы видим, век Просвещения стремился рационализировать и научно описать саму нашу планету так, чтобы точно определить ее размеры, вес и местоположение в бесконечной Вселенной. И ученые в этот период были настоящими авантюристами, по своему поведению мало чем отличающимися от того же Калиостро или графа Сен-Жермена. Разница была лишь в том, что первые направляли свой ум на познание окружающего мира, а вторые были озабочены лишь собственным нарциссизмом.
Вот, например, как выглядела экспедиция в Перу, предпринятая с целью измерить экватор. Начальником экспедиции был Шарль Мари де ла Кондамин, за научную часть отвечали астроном Луи Годен и Пьер Буге. Однако Годен вскоре отделился от основной партии из-за разногласий в методике работы, а позднее был уличен в растрате средств, поступавших из Франции. Он также отказался делиться с коллегами полученными результатами. Как мы можем видеть и среди ученых попадались люди корыстные. Но это полбеды.
«Если бы вам пришлось выбирать самое неудачливое научное путешествие всех времен, то ничего хуже перуанской экспедиции французской Королевской академии наук 1735 года вы бы наверняка не нашли», – писал в свое время известный популяризатор науки Билл Брайсон. Это была группа ученых и искателей приключений под руководством гидрографа Пьера Буге и военного математика Шарля Мари де ла Кондамина, которая отправились в Перу проводить триангуляционные измерения расстояний в Андах.
Триангуляция – выбранный экспедицией метод измерения – представляла собой распространенный прием, основанный на известном геометрическом факте: если вы знаете длину одной стороны треугольника и величины двух его углов, то все остальные его размеры вы можете вычислить, не вставая со стула. Предположим в качестве примера, что мы с вами решили узнать расстояние до Луны. Первым делом для применения метода триангуляции мы должны установить расстояние между нами: скажем, вы остаетесь в Париже, а я отправляюсь в Москву, и мы оба одновременно смотрим на Луну. Теперь, если вы мысленно соедините линией три главных объекта нашей задачи – т. е. вас, меня и Луну, – то образуется треугольник. Измерьте длину базисной линии между вами и мной и величину обоих углов, а остальное легко вычислить. (Поскольку сумма внутренних углов треугольника всегда составляет 180 градусов, то, зная сумму двух углов, вы сможете моментально вычислить третий; а точное знание формы треугольника и длины одной из сторон подскажет вам длину двух других сторон). По существу, именно этот способ применил в 150 г. до н. э. греческий астроном Гиппарх Никейский, чтобы определить расстояние от Земли до Луны. На поверхности Земли принципы триангуляционной съемки остаются такими же, только треугольники не достигают космоса, а ложатся бок о бок на карту. Для измерения градуса меридиана геодезисты строят своего рода цепочку треугольников, протянувшуюся по местности.