1.4 История внедрения метрической систеы

США остаются единственным индустриально развитым государством мира, которое не перешло на метрическую систему измерений. Кроме Соединенных Штатов, ее официально не используют только две страны – Либерия (страна была создана бывшими американскими рабами) и Мьянма (Бирма).

Метрическая система была создана во Франции и быстрее всего была воспринята государствами, говорящими по-французски, или дружественными к Франции. Наиболее упорно внедрению метров и килограммов сопротивлялись Великобритания и ее бывшие колонии.

Франция перешла на метрическую систему в конце 18 века. В начале 19 века к ней присоединились Бельгия, Люксембург и Нидерланды. Потом Алжир, чуть позже Колумбия и Монако, за ними – Испания. В 1860-е годы метр был признан Италией и Уругваем. К 1880-м годам метрическая система была одобрена всеми государствами Западной Европы (кроме Великобритании и ее колонии Ирландии) и началась ее экспансия в Латинской Америке и Африке (тогда – бывшей колонией европейских держав). В 1920-е годы метр пришел в Ливию и Афганистан, на метрическую систему стали переходить арабские государства – дольше всего традиционных мер измерения держалась Саудовская Аравия, которая перешла на метр в начале 1960-х годов. В Японии, Южной Корее и Греции метр привился лишь после окончания Второй Мировой войны.

В 1970-е годы систему СИ приняла цитадель “имперской” системы измерений – Великобритания, ее примеру последовали бывшие британские колонии – Ирландия, Пакистан, ЮАР, Танзания, Кения, Австралия, Новая Зеландия и Канада (любопытно, что переход с милей в час на километры в час был завершен лишь 1 января 2005 года).

В 1989 году Европейский Союз принял решение о том, что метрическая система является официальной системой измерений во всех странах-членах ЕС (в 2009 году все товары из США, продаваемые в странах Европейского Союза, должны снабжаться информацией только в метрических единицах). Последней страной, отказавшейся от фунтов и ярдов в пользу килограммов и метров, стала Ямайка, дотянувшая с этой реформой до конца 1990-х годов.

По иронии судьбы, Великобритания создала свою систему измерений, которая называнлась “Имперской”,  уже после создания метрической системы во Франции. Имперская Система была весьма сложной: например, одна кварта включала две пинты, четыре кварты составляли галлон, 16 унций – фунт, 12 дюймов – фут, три фута – ярд, 5 280 футов – милю и т.д. Любопытно, что американские и британские системы измерений, называясь одинаково, зачастую серьезно отличались (США использовали “дореформенные” единицы измерений, так как они обрели независимость от Британской Империи до проведения этой реформы). Тем не менее, уже в 1864 году метрическая система была принята Великобританией для научных целей. Уже в 1871 году в парламенте обсуждалась возможность перехода на метрическую систему. В 1947 году была создана правительственная комиссия, которая пришла к выводу, что переход на метрическую систему имеет смысл. В 1965 году было принято решение о переходе на метр, процесс перехода полностью завершился в 2004 году.

Стоимость реформ системы измерения оценить весьма сложно. Вероятно единственным государством, которое провело подобный подсчет, стала Австралия (переход от имперской на метрическую систему был проведен с 1967-го по 1979 год). Австралия затратила на все программы примерно 16 млн. австралийских долларов.

В бывших британских колониях у метрической системы нашлось много противников, которые активно выступали против ее утверждения в качестве единой основы всех измерений. Причины для недовольства у них есть. К примеру, подавляющее большинство сведений о земельной собственности использует мили – перевод их в метры требует колоссальной работы и повлечет неизбежные ошибки. Частично любовь к фунту и пинте является проявлением консерватизма и даже патриотизма.

Существует и лингвистический фактор: в имперской системе все меры длины, веса и пр. обозначаются простыми и “вкусными” словами – латино-французские обозначения в метрической системе неприятны уху и языку англосакса.

Любопытно, что противники метра и килограмма до сих пор активны. В 2004 году Европейский Суд по Правам Человека отверг иск со стороны группы британских торговцев, которые требовали отказа от обязательного использования метрической системы, поскольку эта мера нарушает их гуманитарные права.

Противники метра указывают, что несмотря на то, что метрическая система покорила мир, до сих пор сохраняются области, где более популярны неметрические единицы измерения. К примеру, морская миля, которая составляет 1 852 м, используется намного чаще, чем километр, поскольку она более удобна для измерений. Скорость морских судов и самолетов обычно измеряют в узлах (число морских миль в час). В авиации высоту чаще замеряют с помощью определения меры давления воздушного столба на квадратный фут, а не на метр. В большинстве армий мира с помощью дюймов замеряют калибры, а финансисты и энергетики используют баррели для замеров количества нефти.

США: метрическая революция “сверху”

США на протяжении почти двух столетий пытаются перейти на метрическую систему мер и весов. Однако “измерительная революция” успехом пока не увенчалась.

Одна железная копия метра и одна копия килограмма были подарены Соединенным Штатам и в начале 19 века и использовались для геодезических измерений. Еще раньше, в 1790 году, государственный секретарь в первой администрации США и будущий президент Томас Джефферсон) пытался убедить законодателей принять десятичную систему измерений, имеющую много общего с находящейся в процессе становления метрической системой, однако из этого ничего не вышло. В 1821 году метрической системой специально занимался тогдашний госсекретарь и тоже будущий президент Джон Куинси Адамс. Он признал за ней множество достоинств и пророчески предсказал, что со временем она распространится по всей планете, однако счел ее введение в США несвоевременным.

Лишь в 1866 году Конгресс США  одобрил Закон Кассона, также известный как Закон об Измерениях 1866 года 1866, который впервые разрешил использовать метрическую систему на всей территории Соединенных Штатов. В 1870-е и 1880-е годы в Конгрессе вновь обсуждалась возможность полной замены старого англо-саксонского набора разнородных мер длин и весов на метрическую систему, однако эти попытки популярностью не пользовались и были надолго оставлены. Со временем метрическая система стала в Америке основой для научных измерений, но в быт и в технику почти не вошла.

В 1966 году Конгресс распорядился провести трехлетнее исследование возможности перехода на метрическую систему. Во исполнение этого постановления в 1971 году Национальное Бюро Стандартов  опубликовало доклад “Метрическая Америка: Назревшее Решение”. который содержал весьма серьезные аргументы в пользу перехода на метрическую систему. К тому времени американские изготовители автомобилей и спиртных напитков уже стали использовать в процессе производства метрические стандарты, что оказалось не слишком сложно. Авторы доклада подчеркнули, что американская промышленность и международная торговля настолько выиграют от введения метрической системы, что расходы на ее внедрение быстро оправдаются.

Тем не менее, Конгресс не решился пойти на такой шаг. Принятый в 1975 году Закон о Переходе на Метрическую Систему  1975 всего лишь провозгласил ее “предпочтительной системой мер и весов для американской промышленности и торговли” и рекомендовал органам федерального правительства со временем взять ее на вооружение. Однако законодатели не ввели обязательных сроков такой конверсии и не предусмотрели для нее адекватного финансирования. Единственным практическим шагом, предпринятым во исполнение этого закона, стало учреждение специального ведомства – Метрического Совета Соединенных Штатов, которому было введено в обязанность способствовать переходу на метрическую систему. Однако совет не обладал реальными полномочиями и фактически занимался лишь пропагандой метрических единиц. Жизнь его оказалась недолгой – в 1982 году он был упразднен администрацией президента Рональда Рейгана. Формально функции Совета были переданы Управлению Метрических Программ Министерства Торговли, которое оказалось совершенно бездеятельным.

В 1988 году была предпринята попытка еще раз акт- ивизировать метрификацию США. Тогда Конгресс принял Закон о Торговле и Конкуренции\, который назвал метрическую систему “предпочтительной системой мер и весов в торговле и коммерции Соединенных Штатов”. Закон также утверждал, что федеральные власти обязаны помогать бизнесу, особенно малому, в переходе на метрическую систему. Авторы закона предполагали, что он станет катализатором, который заставит бизнес добровольно и без принуждения перейти на метры, литры и килограммы.

В 1991 году Президент США Билл Клинтон издал указ, в котором призывал к скорейшей реформе системы измерений. Ежегодный доклад Министерства Торговли США должен обязательно включать информацию о прогрессе, достигнутом в сфере метрификации.

Однако ситуация в этой сфере доходит до абсурда. В 2004 году американский физик Уильям Уид опросил более тысячи ученых и на основе их мнения составил перечень наиболее неприятных специализаций в сфере науки. В их число вошла и профессия популяризатора метрической системы. Специалисты в этой области работают в Национальном Институте Стандартов и Технологии. Жизнь сотрудников “метрического” подразделения крайне сложна – большую часть времени они тратят на малоприятные беседы с представителями корпораций и чиновниками, убеждая их в преимуществах метрической системы. Фактически, они занимаются рекламой или торговлей, а наука находится в забвении.

Заповедник фунтов и фаренгейтов

Сторонники перехода на метрическую систему в США оперируют прежде всего экономическими аргументами. По оценкам главы Международной Палаты Мер и Весов, операции, связанные с измерениями, составляют примерно 3-6% от объемов валового внутреннего продукта индустриально развитых государств (эта оценка была произведена в 1994 году).

Хорошо известно, сколь значительную роль в развитии экономики играет “нематериальная инфраструктура”, под которой обычно понимается качественное  законодательство и эффективная система исполнения закона, а также иные социальные, экономические и культурные факторы. Если нематериальная инфраструктура имеет низкое качество, то бизнес-операции становятся более рискованными и дорогими, а деловая активность снижается. Система мер и весов – важная составляющая неосязаемой инфраструктуры, поскольку бизнесы, использующие различные системы измерений, вынуждены тратить время и деньги на поиск неких общих стандартов. Аналогичные проблемы естественно возникают и на уровне международной торговли и межгосударственных отношений. По оценкам австралийского Национального Института Измерений  4/5 всех внешнеторговых сделок Австралии зависят от точных измерений.

Отказ от метра, цельсия и килограмма снижает уровень конкурентоспособности американских товаров. В то же время, дорожает экспорт – поскольку заводы, находящиеся в “метрических” государствах, обязаны использовать имперскую систему мер и весов лишь для того, чтобы поставить товар в США.

Существующий в США разнобой в системах измерения иногда приводит к весьма показательным результатам.

Однако большинство американцев, которые пользуются фунтами, милями и фаренгейтами, не принимают во внимание эти факторы. Это происходит даже несмотря на миллионы американских туристов, которые посещают “метризированные” страны и сотни миллионов американских  пользователей Интернета, телезрителей и радиослушателей, которые получают информацию из иностранных средств массовой информации.  Национальный Институт Стандартов и Технологии США, который, в частности, занимается популяризацией метрической системы, подчеркивает, что нет никаких проблем в переходе на международную систему измерений, поскольку американцы привыкли считать в десятичной системе.

В США законодательство предписывает, чтобы на упаковках товаров были указаны их вес, объем, температура хранения и пр. в обоих системах измерения – метрической и традиционной (использование только метрической или только имперской системы незаконно). На метрические емкости (с указанием объема тары в унциях) практически полностью перешли компании, производящие вина и крепкие спиртные напитки. В значительной степени их примеру последовали производители шампуня. Прохладительные напитки продаются, как в “метровых” емкостях (например, 2 литра), так и в традиционных (8 унций – 240 мл).

При замере различных параметров автомобильных покрышек используются и миллиметры, и дюймы. На спидометрах автомобилей указаны две шкалы – метрическая (км/час) и традиционная (миль/час). Объем двигателя автомобиля ныне замеряется исключительно в литрах. Однако температуру воздуха в подавляющем большинстве случаев замеряют по шкале Фаренгейта. На метрическую систему практически не перешли американские строители. Зато в этом преуспели ученые и, во многих случаях, медики.  Указатели на автомагистралях США используют мили (есть лишь одно исключение – шоссе в штате Аризона). В штатах, граничащих с “метрическими” Канадой, Мексикой, некоторые дороги снабжены “метрическими” указателями, но их относительно немного.

Экспансия метра

Система мер и весов, изобретенная в конце 18 века во Франции, в рекордно короткие сроки обрела популярность во всем мире. Она уничтожила сотни и тысячи систем измерений, которые человеческая цивилизация создала на протяжении тысячелетий.

Метрической системой принято называть систему мер, покоящуюся на двух китах – метре, как единице длины, и килограмме, как единице массы. Она основана на десятичной системе счисления и потому определяет более крупные и более мелкие меры в терминах основных единиц, умноженных либо поделенных на числа, являющиеся целыми степенями десяти. Например, километр – это тысяча метров, а грамм – одна тысячная килограмма. В историческом плане метрическая система стала фундаментом введенной в 1960 году Международной системы единиц SI (в русской транскрипции СИ), применяемой для научных, технических, геодезических и прочих измерений почти во всех странах мира.

Впервые в истории десятичную шкалу измерений длины предложил в 1670 году французский математик и астроном Габриэль Мутон. Эта идея нашла поддержку у нескольких крупнейших ученых того времени, однако ее воплощения на практике пришлось ждать более ста лет. С наступлением Великой Французской революции стали раздаваться призывы ввести единую общенациональную систему мер и весов, заменяющую многочисленные местные единицы, унаследованные от средневековья (историки подсчитали, что с 11 по 18 столетие их общее число достигло четверти миллиона!).

9 марта 1790 года с этим предложением выступил в Национальном Собрании депутат Шарль Морис Талейран, в будущем знаменитый дипломат, а тогда епископ Отенский. Через два месяца законодатели одобрили этот проект и предложили Академии Наук образовать для его практического воплощения особый комитет, Комиссию мер и весов. Вскоре отдельным решением члены Национального Собрания Франции постановили, что новая система будет основана на десятичной шкале.

19 марта 1791 года Комиссия в составе звезд французской науки Жозефа Луи Лагранжа, Пьера Симона Лапласа, Жана Шарля де Борда, Гаспара Монжа и Жана Антуана Никола Кондорсе решила выбрать в качестве основной единицы длины одну десятимиллионную долю квадранта парижского меридиана. Для ее точного определения ученые рекомендовали измерить протяженность меридиональной дуги, простирающейся от Дюнкерка до Барселоны, также лежащих на долготе Парижа. Этот выбор объяснялся тем, что концевые участки маршрута можно было привязать к уровню мирового океана.

Наимен ование для новой единицы длины было придумано гораздо раньше. Выражение “универсальный метр” (metro catholico) можно найти в изданной в 1675 году книге жившего в Польше итальянца Тито Ливио Бураттини Он определил его как длину маятника, совершающего 3600 колебаний в час. Просто “метр” (metre) впервые появился в изданной в мае 1790 года брошюре парижского преподавателя математики Огюста Леблона.

Вскоре этот термин был одобрен Комиссией мер и весов, а в апреле 1795 года утвержден и Конвентом. И Бураттини, и Леблон произвели свои неологизмы от греческого слова “метрон” – мера.

Комиссия мер и весов, в соответствии со своим мандатом, занялась и определением весовых единиц. В 1793 году знаменитый химик Антуан Лавуазье и кристаллограф Рене Жюст Айи предложили взять за основу грамм, вес одного кубического сантиметра (иначе говоря, куба со стороной в одну сотую долю метра) дождевой воды, взвешенной в пустоте при температуре тающего льда. Шестью годами позже физик Луи Лефевр-Гиньо несколько изменил это определение, предложив взвешивать воду при температуре ее максимальной плотности, примерно 4 градуса Цельсия. Это идея восторжествовала, так что “новый” грамм оказался несколько тяжелее “старого”. Однако вес кубического сантиметра воды слишком мал, поэтому было решено, что для практических измерений удобнее принять в качестве основной единицы вес одного литра воды, то есть тысячу граммов. С 1795 года ее называют килограммом.

Геодезические промеры меридионального фрагмента начались летом 1792 года. С северного конца их проводил астроном Жан Батист Жозеф Деламбр, с южного – астроном и геодезист Пьер Франсуа Андре Мешен. Из-за политических и военных коллизий эти работы  сильно затянулись и были завершены лишь к сентябрю 1798 года. Поэтому в 1793 году во Франции ввели временный метр, длина которого была вычислена на основе более ранних геодезических измерений, выполненных еще в 1740-е годы. Тогда же Этьен Ленуар, бывший королевский ювелир, переключившийся на изготовление астрономических инструментов, сотворил из меди (следует отметить, что медь самый не подходящий материал для этона из-за высокого коэффициента линейного расширения) первый эталон метра, который выглядел как обычная плоская линейка. Он также изготовил эталонную гирю килограммового веса.

Для обработки данных Деламбра и Мешена Академия по предложению Лапласа пригласила в Париж видных ученых из Италии, Испании, Нидерландов, Дании и Швейцарии. Четверо участников этой встречи, которая стала первой в истории международной научной конференцией, независимо друг от друга провели все необходимые вычисления и весной 1799 года пришли к единому заключению относительно протяженности метра. Однако промеры Мешена содержали небольшую ошибку; кроме того, форма земного шара была известна еще недостаточно точно. В итоге метр оказался примерно на одну пятую миллиметра короче своей истинной величины. Согласно современным спутниковым данным, протяженность квадранта парижского меридиана составляет не 10000000, а 10002290 метров. Любопытно, что временный метр 1793 года несколько ближе к правильному значению, так что в этом смысле многолетние измерения Деламбра и Мешена фактически оказались излишними.

Комиссия мер и весов заранее решила, что эталонные образцы постоянного метра и килограмма будут сделаны уже не из меди, а из более стойкой платины. Пятая часть ее бюджета ушла на закупку в Испании сотни фунтов этого металла и его очистку от примесей. Изготовление эталонов опять поручили Ленуару. Заготовками для эталона метра послужили четыре тонких платиновых бруска (25.3 мм шириной и 4 мм толщиной) с параллельными боковыми гранями, которые он отшлифовал до нужной длины. Один из брусков после обработки точнее всего соответствовал новому стандарту длины (ошибка не превышала одной тысячной процента) и поэтому именно он и был признан за эталон. Ленуар также изготовил из платины и эталон килограмма.

22 июня 1799 года оба эталона торжественно представили членам обеих палат французского Законодательного Корпуса, Совета Пятисот и Совета Старейшин, а затем отправили на хранение в Архив Республики. По этой причине они вошли в историю как Архивный Метр и Архивный Килограмм.

Кроме того, было сделано несколько железных копий эталонов, которые использовались в качестве образцов при промышленном производстве гирь, линеек и мерных лент.

Юридически введение метрической системы было утверждено особым декретом, принятым 10 декабря 1799 года.  Правда, на практике этот процесс сильно затянулся, так что она стала обязательной в самой Франции и в ее колониях только с 1 января 1840 года, уже в правление императора Луи-Филиппа.

Архивный Метр более восьмидесяти лет был единственным в мире эталоном метра. Однако в начале 1870-х годов в Париже состоялись две международные конференции метрологов, участники которых высказались за введение нового эталона, изготовленного из сплава 90% платины и 10% иридия. Они также рекомендовали для большей точности считать метром не расстояние между торцами бруска-эталона, а расстояние между нанесенными на него штрихами.

В 1875 году собравшиеся во французской столице представители семнадцати государств (среди них были как США, так и Российская Империя) решили сотрудничать в совершенствовании и распространении метрической системы и с этой целью подписали Метрическую Конвенцию. На ее основе были учреждены межгосударственные метрологические организации (Генеральная Конференция по Мерам и Весам, Международный Комитет Мер и Весов и Международное Бюро Мер и Весов), ответственные за создание единых для всего мира систем измерений.

Одним из первых результатов их деятельности стало появление нового физического эталона длины. В 1877 году заказ на его изготовление был передан лондонской фирме Johnson, Matthey and Co. Она отправила в Париж несколько платиново-иридиевых линеек Х-образного поперечного сечения длиной около 102 см. На каждую линейку была нанесена пара тончайших штрихов, расстояние между которыми воспроизводило протяженность Архивного Метра. Точного соответствия с первого раза достичь не удалось, поэтому было решено отобрать линейку с минимальной погрешностью (она составила 6 микрометров) и использовать ее качестве временного эталона.

В 1882 году фирме заказали еще тридцать таких же линеек, среди которых нашлась одна практически точная копия Архивного Метра.

В 1889 году первая Генеральная конференция по мерам и весам постановила считать международным эталоном метра расстояние между ее штрихами, измеренное при температуре тающего льда. Эту линейку передали в Международное бюро мер и весов в Севре, где она с тех пор и хранится. Остальные линейки распределили между странами-участницами Метрической Конвенции. Тогда же был изготовлен из такого же сплава платины и иридия и новый международный эталон килограмма, который также хранится в Севре. Как и эталон метра, он был многократно скопирован в том же материале.

Соединенные Штаты получили две метровые линейки и две копии килограммового эталона, которые были доставлены в Вашингтон в опломбированных контейнерах. 2 января 1890 года контейнер с линейкой № 21 был вскрыт на официальной церемонии в Белом Доме в присутствии президента США Бенджамина Харрисона. Одновременно был распечатан контейнер с одной из двух причитавшихся Соединенным Штатам копий международного эталона килограмма. Затем все эти эталоны были помещены на хранение в Управление Мер и Весов Службы Береговых и Геодезических измерений США.

Однако ни парижская линейка, ни ее “национальные” копии-заместители не пользуются статусом эталона в США уже почти полвека.

В 1948 году девятая Генеральная конференция по мерам и весам рекомендовала ввести новый линейный стандарт, основанный на оптических измерениях (французский физик Жак Бабине впервые предложил такую реформу еще в 1827 году).

Двенадцатью годами позднее одиннадцатая Генконференция постановила принять за метр 1 650 763.73 длин волн излучения атомов криптона-86, которое генерируется при переходе оболочечных электронов с уровня 2p10 на уровень 5d5.

А в 1983 году семнадцатая Генконференция решила считать метром расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Эта дефиниция действует и про сей день.