Сколько будет 2+2?
Шрифт:
Кстати, применение универсальных мер, служащих для измерения одновременно разных и, казалось бы, несопоставимых друг с другом величин, известно давно. Еще в древнем Китае один и тот же инструмент служил для измерения и длины, и объема, и высоты музыкального тона. В качестве такого инструмента выступало «стандартное» колено бамбука. Конечно, точность оставляла желать лучшего, но все же изящность физического решения по праву заслуживает очень высокой оценки, к тому же нужно сделать и какую-то скидку на историческую эпоху.
Поэтому и идея измерения времени, пространства и силы тяжести с помощью маятника принадлежит, разумеется, не одной только Франции: о ней
Тогда же французский математик Г.Мутон (1618-1694) предложил сохранить за маятником значение контрольного аппарата, но в основу универсальной системы мер все же положить другое – уже принятую единой для ведущих морских держав, Англии, Голландии и Франции, морскую милю – часть дуги меридиана.
В конечном счете возобладала чисто пространственная величина. Сыграли, конечно, свою роль и политические разногласия (против революционной Франции к тому времени ополчилась практически вся Европа) и чисто технические трудности, помноженные на другие, политические же, обстоятельства. Ведь для принятия эталонной меры всеми государствами нужен свободный доступ и для ее проверки, и для калибровки национальных эталонов, создаваемых по ее результатам. Но проверить длину дуги без согласия правительств тех стран, на территории которых он проходила (речь идет о Франции и Испании), не всегда возможно.
Однако идея использования колебательного процесса для создания естественного эталона длины все же не умерла. В 1827 году французский физик Ж.Бабине предложил использовать для этого несколько иной колебательный процесс – длину световой волны. Спустя 75 лет А.Майкельсон видоизменил идею Бабине, предложив определять эталонный метр числом укладывающихся в него длин волн монохроматического света. Совершенствование этой идеи привело к новому определению последнего. Если до того под метром понималась одна сорокамиллионная часть дуги меридиана, проходящего через Барселону и Дюнкерк, то в 1960 году метром стали называть длину, равную 1 650 763, 73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона-86.
Таким образом, если в 1889 году два метровых эталона могли быть сравнены с точностью до 1-2 десятимиллионных долей, то теперь эта точность была повышена в 10 раз. Колебания микроскопического атома оказались значительно более точным эталоном, чем размер нашей планеты.
Но метр хорош для измерения лишь сравнительно небольших дистанций. А вот, к примеру, межзвездные расстояния измеряются совсем иными величинами. И вновь вопрос: каждый ли метр тех бесконечных парсеков, которыми измеряются космические расстояния, включает в себя ровно 1 650 763, 73 «длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона-86»?
Ответа нет.
А если так, есть ли у нас уверенность в том, что расстояния между космическими объектами определяются нами с достаточной точностью?
Свои шкалы существуют и для измерения других явлений материального мира: времени, скоростей, масс и так далее. Вообще говоря, всякого рода шкал существует бесконечное множество. Присмотримся пристальней еще к одной из, может быть, самых известных, во всяком случае одной из тех, к которой мы обращаемся чуть ли не ежеминутно, – к временной шкале.
Для измерения времени в качестве основной единицы сегодня принимается секунда.
Когда-то она определялась как 1/86400
Различают три типа изменения скорости вращения нашей планеты. Вековые, которые являются следствием приливов под воздействием лунного притяжения и приводят к увеличению продолжительности суток примерно на 0, 001 секунд в столетие. Наряду с ними существуют малые скачкообразные изменения продолжительности суток, причины которых точно не установлены. Они удлиняют или укорачивают земные сутки на несколько тысячных долей секунды, причем такая аномальная продолжительность может сохраняться на протяжении нескольких лет подряд. Наконец, отмечаются периодические изменения, главным образом с периодом в один год.
Развитие техники, повышение требований к научным экспериментам привели к необходимости введения более жестких стандартов времени. Поэтому в 1956 году Международное бюро мер и весов дает новое определение секунды: «Секунда – это 1/31556925, 9747 доля тропического года для 1900 г . январь 0, в 12 часов эфемеридного времени».
Изобретение атомных стандартов времени и частоты позволило получить еще более точную шкалу времени, уже независящую от вращения Земли и имеющую значительно большую стабильность. В качестве единицы атомного времени принята атомная секунда, определяемая как «время, равное 9192631770 периодам излучения соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133». Это определение было принято на XIII Генеральной конференции по мерам и весам.
Относительная погрешность атомных часов колеблется от 10–13 до 10–14 .
И все же, несмотря на такую точность, полной уверенности в абсолютной точности временной шкалы нет.
Вдумаемся. Все длительные события, которыми оперирует наше знание, измеряются годами, веками, тысячами и миллионами лет. Подсчитано, что наша Вселенная, начало которой полагает гипотетический «Большой взрыв», существует около 15 миллиардов лет. В основе этих величин лежит все тот же астрономический год – один оборот Земли вокруг Солнца. Но ведь за длительный срок само Солнце проходит большой путь и вокруг центра Галактики, и по контуру галактической орбиты, и повинуясь каким-то метагалактическим законам, и так далее. Оно пересекает, возможно, неоднородные области мирового пространства с совершенно различной концентрацией масс, а значит, с неоднородной метрикой. Отсюда вовсе не исключено, что в пути могут произойти довольно существенные деформации того временного потока, который мы пытаемся градуировать и измерить сегодняшним стандартом земной секунды. Поэтому утверждать, что один год всегда в точности равен другому, мы не можем. Иначе говоря, мы не можем утверждать, что количество «атомных» секунд, в сумме составляющих, скажем, тот астрономический год, в котором было принято приведенное выше определение, в точности равно количеству секунд, которые составят, предположим, 25000 астрономический год, или составляли – астрономический же – 25000 год до н.э.