Как изобрести все. Создай цивилизацию с нуля - [13]
На самом деле все еще хуже: сравнительные измерения показывают, что по весу все прототипы килограмма отличаются один от другого, и это может означать, что все они набирают или теряют массу, просто в случае с некоторыми этот процесс идет быстрее. Поскольку же килограмм является центральной единицей измерения в метрической системе и на нем основаны единицы силы (ньютоны), давления (паскали), энергии (джоули), а также характеристики электрического тока (ватты, амперы и вольты), даже не упоминая миллиарды других единиц, производных от вышеперечисленных, можно легко представить, что даже крошечное изменение значения официального килограмма мигом переопределит (метрическую) тонну других единиц в совершенно разных областях измерений.
СОВЕТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ЦИВИЛИЗАТОРА:
Существуют серьезные недостатки в том, что в качестве основания для построения современной науки и системы измерений выбран старый кусок металла, который хранится в специальной емкости во Франции.
К счастью для вас, этот кусок металла появится только спустя очень, очень долгое время после вас, и еще вы сейчас узнаете, что этот прототип должен был равняться просто весу 1000 кубических сантиметров воды при температуре в 4 °C. У вас есть вода и имеется средство измерения температуры, так что вам нужно только узнать, насколько велик сантиметр, после чего вы с легкостью воспроизведете килограмм.
Но перед тем как мы займемся этим, заглянем в область терминологии.
Вся метрическая система основана на числе «десять», и количество десяток, на которые нужно умножить или разделить исходную единицу, определяется префиксами. Табл. 6 содержит самые популярные из них, от меньшего к большему.
Таблица 6. Реальная мегатаблица
Сантиметр – это одна сотая метра, и вы знаете это, поскольку видите приставку «санти». Схожим образом слово «километр» говорит вам, что эта штука в тысячу раз длиннее, чем метр: 1000 метров. Мы обычно сокращаем префиксы, пишем «см» и «км».
Осталось только понять, какой длины сам метр.
История метра началась в 1793 н. э., когда он был определен как «одна десятимиллионная от расстояния между экватором и северным полюсом». В 1799 н. э. определение изменили, привязав к материальному прототипу (как и в случае с килограммом), и снова переопределили в 1960 н. э., задействовав длину волны одного изотопа криптона, и переопределили еще раз в 1983 н. э. как точное расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1⁄299792458 секунды.
Учитывая ваши текущие обстоятельства, вы наверняка заметили, что все эти определения выглядят все более и более бесполезными. К счастью, мы тоже это заметили и поэтому просто напечатали линейку длиной в 10 см в этом разделе (рис. 10) и еще одну, может быть, более удобную, на суперобложке[16], так что вам не придется суетиться. Используя ее как основу, вы можете изготовить метр-шаблон, который будет чертовски близок к оригинальному.
Так что теперь у вас есть стандартные единицы измерения для длины, веса и температуры. Единственный первичный параметр, который вам еще необходимо измерять, – время, и он базируется на секунде. Современное определение секунды выглядит на редкость смехотворным «время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133», но вы интуитивно знаете, чему именно она равна – это одна секунда, и все, что вам нужно, это удобный эталон.
Линейка в 10 см
Рис. 10. Линейка. С этой маленькой штучки начинается большая система измерений
Чтобы изобрести и измерять углы, просто разделите любой круг на 360 частей, именуемых «градусами». Это может быть чуточку нудным делом, поэтому мы рекомендуем вам использовать этот транспортир (рис. 11).
Рис. 11. Транспортир для половины круга, но вы можете пустить в ход два таких, чтобы покрыть все 360 градусов
Чтобы изготовить прибор, способный отмерить секунду без помощи цезия-133, вам нужно будет сконструировать простой гармонический изолятор, и этот процесс на жаргоне, не относящемся к починке машин времени, обычно описывают как «привязать камень к веревке». Камень, свободно качающийся на веревке, именуется маятником, и вышло так, что секунда – то время, что требуется любому маятнику на Земле, вне зависимости от веса, чтобы качнуться в одну сторону, если длина веревки 99,4 см.
Это клевое свойство маятников – им всегда требуется одно количество времени на один взмах вне зависимости от того, как далеко вы оттягиваете вес перед тем, как отпустить – делает наш эксперимент очень легким.
Данный факт открыл парень по имени Галилео Галилей в 1602 н. э., но вам придется его просто принять.
Теперь он ваш.
Как мы видели, все другие единицы могут быть выведены из набора исходных. Учитывая наличие мер длины и веса, мы легко получим единицу объема, а именно литр. Обычно его определяют как кубическую область, каждая грань которой равна 10 сантиметрам – и этот самый куб, наполненный водой, будет весить в точности 1 килограмм.
Для звука вы захотите измерить частоту, которая есть просто число колебаний в секунду. «Герц» (Гц сокращенно) – один полный цикл в секунду, так что частота в 20 Гц означает 20 колебаний в секунду. Для физики количество силы, необходимое для того, чтобы ускорить 1 килограмм массы до скорости 1 метр в секунду, будет именоваться ньютоном, количество энергии, затраченное, чтобы перенести этот объект на 1 метр, называется джоулем, а ватт – просто один джоуль в секунду.
