Иоланда Гевара - Том 38. Измерение мира. Календари, меры длины и математика

Гониометрические измерения при триангуляции. Иллюстрация к роману Жюля Верна«Приключения троих русских и троих англичан в Южной Африке».

Экспедиция в Америку, в свою очередь, растянулась на десять лет и превратилась в настоящую эпопею. Участники отправились в путь из Ла-Рошели весной 1735 года и прибыли в Кито год спустя. Им пришлось столкнуться с самыми разными проблемами: помимо постоянных ученых споров, членам экспедиции мешали суровый климат, сложный рельеф, многочисленные финансовые неурядицы, а в 1741 году им и вовсе пришлось разделиться на две группы. Измерения и триангуляция были особенно сложными ввиду особенностей рельефа Анд и большой высоты, превышавшей 4 тысячи метров. Ученые решили построить масштабную триангуляцию из 43 треугольников, чтобы охватить отрезок протяженностью в 354 километра и измерить дугу меридиана величиной не в 1°, а в 3°. Бугер (1749) определил, что длина дуги меридиана величиной в один градус равна 56763 туаза, а Хуан и Ульоа (1748), равно как и ла Кондамин (1751) получили результат в 56768 туазов. Если вспомнить аналогию с арбузом или дыней, которую предложил Вольтер, то можно сказать, что Земля представляет собой скорее арбуз. Результаты измерений и математических расчетов, казалось, подтвердили правоту Ньютона.

* * *

ХОРХЕ ХУАН И КОРОЛЕВСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ В САН-ФЕРНАНДО (КАДИС)

Испанский мореплаватель Хорхе Хуан и Сантасилья(1713–1773) , участвовавший в экспедиции по измерению дуги меридиана на экваторе, внес весомый вклад в развитие испанской науки в XVIII веке. Следы его трудов сохранились до наших дней — он, среди прочего, основал Королевскую обсерваторию в Сан-Фернандо (Кадис) в 1757 году. Современный Королевский институт и обсерватория военно-морских сил — не только сердце астрономических и геодезических исследований, но и научно-исследовательский и культурный центр, находящийся в ведении испанской армии. Сотрудники центра занимаются вычислением эфемерид, определением точного времени, публикуют морские астрономические ежегодники и результаты метеорологических, сейсмических и магнитных наблюдений. Институт отвечает за определение официального испанского времени (всемирное координированное время, или UTC) и за хранение эталонов официальных единиц измерения Испании.

Хорхе Хуан и Сантасилья. Морской музей Мадрида.

В этой главе мы совершим краткий экскурс в историю метра. Сначала мы расскажем, как производились измерения в XVIII веке, с какими трудностями было сопряжено использование множества единиц измерения, а также в каких исторических обстоятельствах появилась универсальная система мер. Мы укажем, какими свойствами должна была обладать новая единица длины, перечислим высказанные предложения и объясним, почему в конечном итоге было принято решение определить новую единицу длины по результатам измерений дуги меридиана. Вы узнаете о математических методах (триангуляции) и измерительных инструментах (повторительном круге Борда), которые использовались при реализации этого проекта, а также о его руководителях (Жан-Батист-Жозефе Деламбре и Пьере Мешене). Кроме того, мы расскажем о приключениях и злоключениях, которые пришлось пережить участникам геодезических экспедиций. В конце главы мы опишем, как проходило распространение метрической системы, а также упомянем некоторые конфликты, связанные с ней.

Мы привыкли, что расстояния на указателях автомобильных дорог приводятся в километрах, растительное масло мы отмеряем в литрах, а картофель — в килограммах, но в XVIII веке этих единиц измерения не существовало. Одни и те же величины измерялись разными единицами в зависимости от страны, региона и даже населенного пункта, поэтому при въезде в некоторые города указывались принятые в них официальные единицы измерения.

Приведем несколько примеров единиц длины: вара в Валенсии равнялась примерно 0,906 м, в Теруэле — 0,768 м. Купив несколько вар ткани в Валенсии и продав ее по той же цене в Теруэле, можно было получить прибыль в 18 %. Испанская лига равнялась 5572 м, французская — 3898 м (между прочим, лига упоминается в романе «Дон Кихот» 64 раза). Футы также заметно отличались: испанский равнялся 0,278 м, французский — 0,324 м. Фут — особая единица длины, так как он имеет отношение к испанской железной дороге: согласно королевскому указу от 1844 года, ширина колеи железной дороги равняется 6 испанским футам (6 x 0,278 = 1,67 м). Ширина колеи современных железных дорог в Европе, установленная по образцу английской колеи, равняется 4 английским футам и 8,5 дюймам (1,43 м). Фунт также существовал во множестве вариантов: до учреждения метрической системы в Европе эта единица измерения существовала в 391 варианте.

* * *

КАК ЖЕ МНОГО ЭТИХ ФУТОВ!

Чтобы продемонстрировать, насколько могли отличаться одни и те же единицы измерения, приведем пример антропоморфной меры — фута, который использовался во многих странах, и его соотношение с метром.

Испанский фут: 0,278 м

Французский фут: 0,324 м

Рейнский фут: 0,314 м

Римский фут: 0,297 м

Амстердамский фут: 0,283 м

Швейцарский фут: 0,300 м

Английский фут: 0,304 м

Русский фут: 0,305 м

Египетский фут: 0,225 м

Австрийский фут: 0,316 м

* * *

Обилие единиц измерения и различия между ними в разных регионах затрудняли торговлю и вызывали огромные проблемы при перевозке грузов. Их унификация стала одной из целей Великой французской революции. 9 февраля 1790 года Клод-Антуан Приёр-Дювернуа(1763–1832) по прозвищу Приёр из Кот-д’Ор, военный инженер, отвечавший за реквизирование оружия и боеприпасов на нужды революции, подал по этому поводу петицию в Национальное собрание Франции.

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.