Дмитрий Иванович Менделеев

Система, пригодная для этой цели, должна быть, прежде всего, десятичная, потом все меры в ней должны одна от другой происходить…

Такова метрическая система…

Облегчим же и на нашем скромном поприще возможность всеобщего распространения метрической системы и через то посодействуем в этом отношении общей пользе и будущему желанному сближению народов. Не скоро, понемногу, но оно придет. Пойдем ему навстречу».

Через год после этого выступления Менделеева академик Б. С. Якоби от имени Российской Академии наук представил в Парижскую Академию наук доклад о необходимости введения международной рациональной системы мер. Этот доклад признается историками науки окончательным и решающим фактором в установлении единых международных мер длины и массы. 20 мая 1875 года семнадцать государств, в том числе и Россия, подписали метрическую конвенцию, к которой постепенно присоединились почти все государства мира.

И вот теперь от Менделеева зависело воплотить в действие почин русской науки на родной почве.

Менделеев прекрасно понимал, с чего нужно было начинать эту большую работу.

«Назначенный быть хранителем образцовых мер России, я считаю своим первым долгом заявить о том, что основные прототипы меры и веса империи требуют немедленного возобновления или приведения их в состояние возможно более прочной неизменности», – этой декларацией он открыл свою деятельность в Палате.

Будучи первоклассным исследователем-экспериментатором, Менделеев мог по-настоящему глубоко оценить значение этих работ и для науки, где измерительный процесс повсюду является основным элементом любого опыта. Сам он был абсолютным авторитетом в этой области. Его докторская диссертация 1865 года «О соединении спирта с водой» опиралась на добытые им на опыте данные касательно плотности растворов спирта, которые, по общему признанию метрологов всего мира, до сих пор являются точнейшими в мировой литературе.

А удостоиться такой похвалы метрологов далеко не просто! Эти данные легли в основу принятых и у нас и в ряде других стран спиртометрических таблиц, то есть таблиц, позволяющих по удельному весу раствора спирта с водой определять его крепость. Работы по исследованию упругости газов Менделеев начал с устройства и изучения новых измерительных приборов, которые должны были быть более точны, чем старые. Ему недостаточной казалась точность, которой удовлетворялись до него такие крупные исследователи, как Реньо, Румфорд и другие. А точность и воспроизводимость научных измерений зависят от правильного выбора меры и точного ее соблюдения.

Главной научной заслугой Менделеева в области метрологии обычно считается установление приемов метрологического взвешивания. Метрологического – это значит образцово точного. В Палате мер и весов, всем на удивление, изготовление прототипов мер веса продолжалось всего шесть лет, включая сюда и принципиальную разработку вопросов, тогда как в метрологических институтах других стран такая работа занимала 15-20 лет! Между тем для того, чтобы вывести точный вес прототипа фунта и его подразделений и снять с этих прототипов копии, понадобилось произвести свыше 20 тысяч отдельных наблюдений. На этом примере можно пояснить, насколько важна была эта работа.

Что, казалось бы, проще, чем взвешивать на обыкновенных весах? Но для этого необходимо, чтобы вся страна пользовалась одинаковыми гирями, а еще лучше, чтобы одинаковыми гирями пользовались все страны. Для этого нужно «рабочие» гири сличать с «образцовыми», то есть иметь для этою какой-то нерушимый образец – эталон массы.

Основной эталон должен храниться в неприкосновенности, иначе он износится и перестанет быть эталоном. Можно позволить себе лишь изредка сравнивать с ним несколько менее точные вторичные эталоны.

Масса эталона фунта была определена Менделеевым с точностью до 0,000072 грамма. Необходимость такой точности доказывается простым расчетом.

Если допустить, что обыденные, ходовые гири могут отклоняться от правильного веса не больше чем на 2 грамма на 1 килограмм, то образцовые гири, по которым они проверяются, нужно сделать в десять раз точнее. Этот запас точности необходим для того, чтобы поглотить одну неизбежную ошибку весов, на которых производится сравнительное взвешивание, и другую ошибку, получающуюся из-за износа образцовых гирь. При изготовлении образцовых гирь первого разряда масса 1 килограмма должна выдерживаться уже с точностью до 0,02 грамма. С еще более высокой степенью точности должны изготовляться рабочие эталоны, с которыми сравниваются образцовые гири, затем первичные эталоны, с которыми сравниваются рабочие эталоны, и, наконец, прототип, с которым сравниваются первичные эталоны. Это целая лестница точности, и она должна быть построена со всем тщанием.

Менделеев добился в 100 раз большей точности взвешивания против той, которую достигали его предшественники. И он все еще не был этим удовлетворен! В речи на общем собрании десятого съезда русских естествоиспытателей в Киеве, В 1898 году (она была прочитана ввиду болезни Менделеева его учеником проф. Д. П. Коноваловым), великий естествоиспытатель говорил, что «так как все естествознание внушает мысль – искать истинные и важнейшие законы в мельчайших долях – от дифференциальных частей и атомов до микроорганизмов, весящих обыкновенно менее одной миллионной доли миллиграмма, то впереди остается еще много для достижения желаемой точности, как во всем океане точных знаний».

В самой Палате мер и весов Менделеев подготовлял ряд опытов для проверки с помощью тончайших взвешиваний как закона сохранения вещества, так и постоянства силы тяготения. Его неизменно влекли к себе крупнейшие мировые загадки. В Палате мер и весов от его незавершенных опытов остались запаянные стеклянные баллоны с приспособлениями, позволяющими внутри их производить химические реакции. Менделеев собирался провести в таком баллоне химическую реакцию, происходящую с выделением тепла, и взвесить баллон до реакции и после того, как реакция произошла, а выделившееся тепло отведено, то есть вся система охлаждена до первоначальной температуры. Если бы могла быть достигнута достаточная чувствительность весов и точность взвешивания, Менделеев мог бы, принципиально говоря, обнаружить, что, потеряв определенное количество энергии, прореагировавшие тела потеряли в весе на величину порядка стотысячной доли миллиграмма на килограмм, то есть что энергия весома, точнее говоря, что, излучая тепло или свет, тела становятся легче…

Требовательность Менделеева-метролога вошла в Палате мер и весов в пословицу. «Менделеевская точность» стала синонимом наиболее тонких измерений. И это влияние распространялось на метрологические лаборатории других стран. Ведь это Менделеев уличил сотрудников Парижского метрологического института в том, что при измерении веса вытесненной воды они не обеспечивали достаточной верности своих измерений, потому что вычерчивали на гирях, опускаемых в воду, надписи и черты резцом. В этих надрезах, едва уловимых глазом, должны были, как он объяснил, задержи-

ваться уже вовсе невидимые простым глазом пузырьки воздуха. А они должны увеличивать вес вытесненной воды! На золотом прототипе менделеевского фунта была выгравирована надпись «Н-1894». Чтобы не портить поверхность следами пыли, надпись эта не вырезалась. Она изготовлялась полировкой – из ряда мелких кружков, нанесенных быстро вращающимся стерженьком из твердого дерева.

Менделеев учел, что теплота, распространяемая наблюдателем, может действовать на весы на расстоянии уже в четыре метра и это может повлиять на точность взвешивания. Поэтому при особо точных работах в Палате мер и весов наблюдатель отделялся от прибора особой перегородкой, состоящей из деревянной доски, толщиной около 12 миллиметров, обитой с обеих сторон листовой жестью и еще оклеенной станиолем.

Все эти и множество других остроумных способов соблюдения высочайшей точности измерений, которые здесь невозможно перечислить, обеспечили то, что Менделеев мог с гордостью заявить: "Достигнутая Главной палатой точность взвешивания превосходит точность, достигнутую при других возобновлениях в Англии и Франции».