Отсюдова и дотудова. Почему мы так измеряем

Эта статья появилась благодаря марке, которая случайно попалась на глаза  Александру Платонову. Как истинный математик и филателист, он, недолго думая, решил расшифровать, что же изображено на миниатюре. В итоге получился интересный и познавательный материал.

*  *  *

…и мысль, невнятно тлевшая века,
все ж вычислит простую суть предмета.

Белла Ахмадулина

Из учебников физики нам известно, что скорость света в вакууме равна 299 792 458 метров в секунду. Почему такая фундаментальная физическая константа как скорость света имеет такое странное значение? Ни больше и ни меньше.

Никакого сакрального смысла в этом числе, конечно, нет. Все дело в том, что мы получаем такое бессмысленное значение скорости света исключительно из-за бессмысленности выбранной нами системы мер.

Что такое секунда? Взятые астрономические сутки в качестве основы времени абсолютно логичны. Есть естественный цикл смены дня и ночи. И отмерить сутки можно по восходу Солнца.

Астрономические часы

Но зачем мы делим их сначала на двадцать четыре, а потом два раза на шестьдесят? Виноваты в этом, как это ни парадоксально звучит, шумеры. Древние жители Месопотамии пользовались для счета шестидесятеричной системой счисления. Именно от них нам в наследство достались триста шестьдесят градусов в окружности, шестьдесят минут в часе и шестьдесят секунд в минуте.

Вавилонская башня

Если посмотреть в словаре на значение самих слов «минута» и «секунда», то минута называлась «pars minuta prima», то есть первая маленькая часть часа. Cекунда или «pars minuta secunda» – вторая маленькая часть часа. Со временем сократили до minuta и secunda.

Мы не пользуемся циферблатом в 24 часа, слишком долго тянется секунда. Люди стали иллюзорными повелителями времени, покручивая гаечку на маятнике ходиков с кукушкой. Так мы можем ускорить или затормозить секунду как нам удобно.

Во времена Первой Французской Республики происходили попытки реформировать систему измерения времени в сутках, для чего вводилась система десятичного времени. Однако она не стала популярной. Слишком быстро летела секунда, люди престали успевать делать маленькие дела. Наполеон Бонапарт, придя к власти, отменил это безобразие. Заодно убрал и революционный календарь, где год делился на двенадцать месяцев по тридцать дней в каждом и дополнительные пять или шесть дней предновогодних праздников. Февраль сдал назад.

Десятичные часы времен Первой Французской Республики

С секундой разобрались. Мы смогли договориться, что это будет 1/86400 часть суток.

Что такое метр? История метра также тесно связана с Великой Французской Революцией. В средние века не существовало стандартных мер длины. Слово metro на латыни и означает «мера», зависящая лишь от законов природы, а не от повеления государей.

Сначала метр соответствовал длине маятника, полупериод колебаний которого равнялся одной секунде. Вскоре выявилась проблема – на разных широтах длина маятника получалась немножко разной. Тогда французские ученые измерили расстояние от Дюнкерка до Барселоны - эти два города как раз лежат на Парижском меридиане. Зная разницу географических координат этих городов, они рассчитали точное значение метра.

Измерение дуг меридианов

Метр составил 1/10 000 000 часть от четверти Парижского меридиана. Французы изготовили эталонный образец метра, а копии разослали по всему миру. Оригинал из платины поместили на хранение в Международное бюро мер и весов под Парижем. Франции принадлежит первенство по созданию единой системы мер для технических измерений.

Реформа проводилась под девизом «Во все времена. Всем народам».

Метрическая система мер

В 1960 году эталон метра поменяли, теперь он стал составлять 1 650 763,73 длины волны оранжевой линии спектра, излучаемой 86-м изотопом криптона. Это показано на марке Франции ниже, где Kr 86 занимает положение ядра атома метрологии. Ниже схематически изображены волны излучения криптона и длина метра. Вокруг ядра по электронным орбитам летает великолепная семерка единиц измерения: m – метр; cd – кандела; mol – моль; K – кельвин; A – ампер; s – секунда; kg – килограмм.

100 лет Конвенции о метрической системе измерений

В 1983 году эталон метра снова заменили. Теперь - это длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал 1/299 792 458 секунды. Судя по марке России, посвященной Международной системе единиц, у нас копию эталона метра давно потеряли, вместо него применяется «сантиметр» с курсов кройки и шитья. А им измерить можно только «отсюдова» и «дотудова».

Международная система единиц

Идея зависимости длительности секунды от длины маятника понравилась композиторам и музыкантам. Появился метроном, задающий темп музыкальному произведению.

Мера времени в музыке. Музыкальные темпы

Промежуточный вывод. Обе наших основных единицы измерения пространства и времени, секунда и выведенный с ее помощью метр, являются абсолютно случайными величинами, на чьи значения повлияли физические характеристики нашей планеты и система счисления, использовавшаяся древними шумерами.

Рассмотри еще одно наследие Шумеров. Это градусы. Что только мы ими не измеряем: углы в геометрии и геодезии, географические координаты, крепость винных и пенных напитков, кислотность кисломолочных продуктов и, конечно, температуру.

Что касается геометрии и тригонометрии, здесь есть абсолютный критерий измерений. Это универсальное число π = 3,1416, показывающее насколько длина окружности превышает свой диаметр. Отсюда мы выходим на радианную меру измерения углов. Кто работал с электронными таблицами типа Excel, знает, что они не работают с градусами (Браво, программисты!). Нужен перевод градусов в радианы через π/180.

Рабочий лист книги в Excel

Что касается температуры. Она нас интересует каждое утро. На практике применяется несколько температурных шкал. Рене Реомюр создал первый стандартизованный термометр. За ноль была принята точка замерзания воды, кипела же она при минус 80 градусов.

Шкала широко применялась в России в XIX веке. Пример из «Преступления и наказания» Ф.М. Достоевского: «…тухлая краска, тридцать градусов Реомюра, спертый воздух…».

Ноль можно назначить в любом месте. Так шкала Фаренгейта создана по двум реперным точкам. Для ноля выбрана температура смеси воды, льда и хлорида аммония, по Цельсию это минус 17,8. Вторая точка выбрана тоже интересно – температура тела здорового человека, которую Фаренгейт принял за 96 градусов. 

Сравнение температурных шкал

Получилось еще одно сакральное число – книги воспламеняются и горят при странной для нас температуре в 451 градус Фаренгейта. Такая шкала до сих пор применяется в США.

Почтовая марка «451 градус по Фаренгейту»

Шкала Цельсия. Вода замерзает при нуле градусов, кипит при минус 100 градусов. Через год после смерти Андерса Цельсия шкалу перевернули, такой мы ее сейчас и знаем.

Андерс Цельсий

У всех этих термометров был один недостаток – в горах они дают погрешность из-за падения атмосферного давления. Какой же выход? С точки зрения современной физики температура - это мера теплового движения атомов и молекул, т.е. это энергия. Температура, при которой все атомы и молекулы перестают двигаться, называется абсолютным нулем.

Уильям Томсон (Кельвин) и принял ее за точку отсчета. Так получилась термодинамическая шкала температур. Никаких градусов! Температура замерзания воды составляет 273 Кельвина (К).

Уильям Томсон (Кельвин)

К кельвинам мы понемногу привыкаем. Светодиодные лампы выбираются в цветовом диапазоне по цветовой температуре, указанной в кельвинах.

Температура света в кельвинах

Еще одна интересная физическая величина, с которой мы сталкиваемся постоянно. Это масса. На практике массу чего-нибудь мы привыкли измерять путем взвешивания. В Международной системе единиц СИ за единицу массы принят один килограмм. И эталон этого килограмма также хранится в Международном комитете мер и весов, представляющий собой цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90 % платины, 10 % иридия).

Но так был не всегда. В средние века был свой набор особых единиц измерения веса. Именно потому, что золото и серебро в средневековье служило деньгами и измерялось на вес, почти все современные названия денежных единиц, такие как фунт, шекель, гривна и рубль (отрубленная четверть гривны) изначально являлись названиями мер веса, а не ценности. А ведь есть еще и аптекарских дел мастера. Для них килограмм - это даже не смертельная доза, а апокалипсис. Плюс ювелиры со своими каратами.

Аптекарский вес

Выводы. Мы с детства привыкли считать время секундами, минутами, часами, неделями и месяцами, расстояние метрами, а вес килограммами. Следует понимать, что все эти величины на самом деле абсолютно условны, а пространство и время не делятся ни на какие искусственно заданные промежутки, и даже сами понятия пространства и времени каким-либо смыслом наделяем только мы сами. Все наши модели познания и измерения мира существуют лишь внутри нашей головы и полностью иллюзорны.

PS Существуют теоретические разработки в области понимания истинной природы пространства-времени. Это масса, длина и время Планка. Но это совсем другая история.

Источники:

1. Как древние шумеры…

2. Фото из свободного доступа. Яндекс. Картинки

А. Платонов