Forskning

Hvorfor vejer en liter vand et kilo? Ti vigtige øjeblikke i målingens historie

Intet videnskabsområde er så stortkløften mellem anerkendelse og betydning, som i metrologi. Og det handler ikke om vejret. Metrologi er målingens videnskab. Den har en længere historie end den moderne videnskab, der læres i skolen, og det er vigtigt for al videnskab og viden. Uden lydmetrologi ville der ikke have været nogen flyvninger til månen, moderne medicin, selvkørende biler, baseballanalytikere og vejrudsigter (godt, alligevel).

Og selv uden videnskab, metrologi forI tusindvis af år har det vist sig at være værd i handel og handel, hvilket sikrer, at vægte og produktionsmængder og andre produkter kan standardiseres for at gøre bedrageri og bedrag mere vanskeligt for svindlere og bedragere.

Hvad er metrologi, og hvorfor er det nødvendigt?

20. maj var præget af den sidste grænse i det lange løbMetrologiens historie, da de officielt vedtog de nye definitioner af nogle af de vigtigste måleenheder for videnskab, herunder kilogram, den standardmåling af masse. Disse ændringer afspejler revisionen af ​​den såkaldte Le Système International d'Unites (aka SI), den moderne version af metriske systemet. I overensstemmelse med retningslinjerne fra Det Internationale Bureau for Vægter og Foranstaltninger indeholder SI syv "grundlæggende" måleenheder, hvorfra andre måleenheder udvindes. Foruden kilo omfatter de nye målte basismålinger kelvin (temperatur), ampere (elektrisk strøm) og mol (mængde stof). Den anden (tid), meter (længde) og candela (lysstyrke) forblev uændret.

Den seneste SI-opgradering erfremskridt inden for videnskab, men dette er kun det sidste af flere historiske landemærker inden for metrologi. Lad os se på de ti vigtigste vendepunkter i metrologi.

Opfindelsen af ​​anatomiske enheder (for længe siden)

Anatomiske enheder optrådte påmorgendagens civilisation, måske på tidspunktet for landbrugets fremkomst. Volumemåleenheder, såsom "sip" og "handful", gik forud for udseendet af "teskefulde", "kopper" og "pints". I tilfælde af længde optrådte en menneskelig "fod" eller "trin" sammen med en person. På forskellige tidspunkter, fra de gamle egyptere til det senere moderne samfund på 1700'erne, var "foden" 10-14 tommer.

Blandt andre anatomiske enheder"Albue" blev meget udbredt. De første nævninger kom fra Mellemøsten, også i Gilgameshs episke, som blev født i 2000 f.Kr. Albuen som et mål for længden var meget praktisk i konstruktionen af ​​ark.

Og det kan være, at "dobbelt albue"omdannet til en gård. Kong Henry I fra England, der hersker i 1100-1135, forsøgte at standardisere en gård, der definerede den som længden fra næsespidsen til tommelfingerens ende (med en udstrakt hånd). I sidste ende blev gården tre meter, fod - 12 inches, en tomme blev defineret som længden af ​​tre bygkorn aflange. Anatomisk måleenhed blev født fra den botaniske.

Magna Carta Magna Carta, 1215

En af de vigtigste dokumenter i historien.etablerede behovet for metrologi for civilisternes fremtid og insisterede på, at "i hele riget skulle der være standardforanstaltninger af vin, ale og majs", og det samme for skalaer. I løbet af de næste århundreder arbejdede det gennem stumpdækket, men princippet var klart nok, og metrologerne, som kom senere, gjorde et fremragende arbejde og nåede målet i Magna Carta.

Dronning Elizabeth I Reform The Scale, 1588

Mens hendes flåde var engageret i ødelæggelsen af ​​spanskArmada, dronning Elizabeth I i England var optaget af at sætte mere rationelle regler for vægt og foranstaltninger. Tidligere havde de britiske købmænd beskæftiget sig med en masse forskellige typer pund, hvoraf pundet "averdupoys". Den anden - "tårnet" pund - blev afskaffet af Henry VIII i 1527 til fordel for troy pundet til brug i valuta (derfor er pund stadig den engelske valuta, selv når den er lavet af papir).

Elizabeth jeg etablerede standard pundfor de fleste ansøgninger, sparer troy pund for mønter (og stoffer). Men hun spurgte folk et smart spørgsmål: Hvad vejer mere, et pund guld eller et pund bly? Intelligent svar ofte: haha, hverken den ene eller den anden. Pund er pund. Men dem, der er tilstrækkeligt kyndige i metrologi, vil sige "bly", fordi et pund af averduction vejer mere end et troy pund. Men hvis du siger, at en ounce af bly vejer mere end en ounce guld, vil du også gå galt. Troy ounce af guld er tungere. Pound averdupe er tungere fordi den indeholder 16 ounce, og i troy pounds kun 12 troy ounces.

Pendul ur af Christian Huygens, 1656

Mange (blandt dem og Galileo) forsøgte at vendemed pendler som ur, men den hollandske fysiker og matematiker Christian Huygens byggede det første pålidelige pendul ur. Dens tidligste version, bygget i 1656, arbejdede med en nøjagtighed på 15 sekunder om dagen, hvilket er den største forbedring for de tidspunkter. Den videre udvikling af pendulklokkerne gjorde dem til de mest præcise ure indtil det 20. århundrede.

Metriske system, 1799

I det 17. århundrede anerkendte nogle kloge forskereat decimalsystemet af måleenheder ville være væsentligt bedre for videnskab og handel end dengang, hvor enhederne varierede fra land til land. Eller endda inden for samme land - nogle tyder på, at en af ​​årsagerne til den franske revolution var folks utilfredshed med utilstrækkelig ensartethed af foranstaltninger og vægte.

I 1670'erne, en fransk præstGabriel Mouton og astrono Jean Picard diskuterede oprettelsen af ​​en grundlæggende længdeenhed med en pendulængde med en periode på 2 sekunder. (Dette er relativt tæt på den moderne meter, men desværre varierer pendelens rullende periode på forskellige steder på jordens overflade). Men i 1790'erne, da franskerne alvorligt tænkte på oprettelsen af ​​det metriske system, udpegede de måleren som 1/10 millioner afstand fra ækvator til nordpolen. Andre måleenheder er allerede gået fra meter til gram (massenhed), der er lig med massen af ​​en kubikcentimeter vand.

Det metriske system havde sine fejl, mendet gjorde målingen langt mere rationel og standard end den var før. I dag bruger kun tilbagevendende lande (som Liberia, Myanmar og en og en) ikke SI (System International).

Etablering af Det Internationale Bureau for Vægter og Foranstaltninger, 1875

Convention du Mètre etablerede et bureau i 1875foranstaltninger og vægte som arbiter for at løse problemer vedrørende måleenheder; Aftalen blev underskrevet af 17 lande. Kontrakten fastslog, at bureauet ville foretage produktion af standardprototyper af meter og kilogram. Dette var et vigtigt skridt i retning af udbredt anvendelse af metriske systemer rundt om i verden.

Kelvin temperatur skala

Indtil 1800-tallet var temperaturen et glat koncept -Termometre brugte vilkårlige måleenheder, hvilket gjorde det muligt at måle, hvilken ting der var varmere end en anden, men ikke tillade os at bestemme, hvor varmt det var. I 1848 foreslog William Thomson, at blive Lord Kelvin, at anvende principperne for den nye videnskab for termodynamik til at udvikle en rationel "absolut" temperaturskala, der ville skabe et nulpunkt svarende til fuldstændig mangel på varme. Det tog lidt tid før termodynamikken modnede, og det blev klart, hvilken skala der skulle gøres, men termometrien havde et solidt fundament. Temperaturenheder blev opkaldt efter Kelvin og blev kendt som Kelvin, og ikke "Kelvin grader" som tidligere.

Michelson Interferometer

Albert Michelson var besat med at målelysets hastighed og i slutningen af ​​1870'erne måles det mere præcist end nogen anden. Snart efter indså han, at han kunne opdage små forskelle i lysets hastighed forårsaget af Jordens bevægelse gennem etheren. Til dette opfandt han interferometeret. Han delte lysstrålen ind i to veje, vinkelret på hinanden, og derefter forbund de to bjælker ved hjælp af spejle. Forskellen i hastighed mellem lysets to veje betød, at lysets bølger kunne bøjes, hvilket skabte et interferensmønster. Michelson og hans kollega Edward Morley gennemførte et eksperiment i 1887 og kunne ikke registrere den forventede indblanding. Men det skyldtes det faktum, at æteren ikke eksisterer. Interferometri var en god ide og blev et værdifuldt værktøj til en række metrologiske opgaver.

lasere

Opdagelsen af ​​lasere i 1960'erne lavedeInterferometri er endnu mere præcis på grund af laserstyring af lysets bølgelængde. Således sikrede lasere ikke kun realiseringen af ​​science fiction ray-throwers, men blev også hurtigt det bedste måleværktøj i historien. Lasere gjorde det muligt at skabe et optisk ur, der er tusindvis af gange mere præcis end Huygens 'pendul ur. Laser metrologi hjalp med at bekræfte, at motorer af fly og biler vil blive fremstillet nøjagtigt i overensstemmelse med designspecifikationerne.

Derudover bruges laserinterferometri til at detektere gravitationsbølger.

Revision af de grundlæggende måleenheder, 2019

I 1983 reviderede kongen af ​​metrologi måleren medVilkår for hvor langt lys kan rejse per sekund. Dette var begyndelsen til omdefinering af andre måleenheder baseret på grundlæggende fysik. Kelvin, for eksempel, er nu defineret af en konstant baseret på kilogram, meter og sekund. Kilomet bestemmes nu af værdien af ​​kvantefysik - Planck-konstanten - og definitionerne af måler og anden. Sekunder er stadig baseret på den stråling, der udsendes i en bestemt proces af et bestemt cæsiumatom. Metrologi er nu ikke bare standardiseret på tværs af planeten - men på tværs af alle planeter i alle galakser, uanset afstand.

Men vi er endnu ikke kommet med en måde at præcist måle nøjagtigheden af ​​placeringen af ​​metrologiske referencepunkter, så du kan gøre det. Og glem ikke at se på vores chatrum i telegram.