Метрология в поисках фундаментальных единиц
Интервью с Сергеем Алексеевым
Человечество во все времена стремилось к тому, чтобы точно знать, сколько прошло времени, сколько весит тот или иной товар, какова длина пройденного пути и пр. Для этого потребовалось создать систему различных измерений, позволяющих определить объем, вес, длину, время и т.п. Поэтому метрология, как область практической деятельности, зародилась еще в древности.
Так, например, в Древней Руси эталоны мер и весов регламентировали князья и цари. «Двинская грамота» 1560 г. Ивана Грозного содержала правила хранения и передачи размера сыпучих веществ – осьмины. Первые копии грамоты находились в приказах Московского государства, храмах и церквях. Работы по контролю за мерами и их поверка выполнялись в то время под надзором Померной избы и Большой таможни.
Когда-то люди ориентировались по солнечным часам. Современные часы основываются на колебаниях атомов. Самые передовые измерительные приборы обеспечены развитием науки метрологии. Почему метрология самая передовая наука в мире? Каким нобелевским лауреатам мы обязаны появлением самых точных измерительных приборов? Какие квантовые процессы лежат в основе современной метрологии? Читайте в нашем интервью с Сергеем Алексеевым.
– Что такое метрология?
– Как и многие другие научные термины, метрология происходит из греческого языка: «метрон» – мера и «логос» – учение. Метрология – это наука о методах обеспечения точности и единства измерений.
– Какие организации устанавливают сегодня стандарты и контрольные точки для измерений?
– Метрология – один из тех немногих островков адекватности, сохранившихся в нашем безумном мире. Это, пожалуй, самая внеполитическая научная область, в которой происходит постоянный обмен между специалистами из ведущих профильных институтов.
В России эту сферу развивают сотрудники Всероссийского научно-исследовательского института метрологии им. Д.И. Менделеева и целого ряда сертифицированных центров (например, в Сарове, Новосибирске, Санкт-Петербурге, Москве).
В США за метрологию в основном отвечают Национальный институт стандартов и технологий (известный как NIST), Ливерморская лаборатория (LLNL), а также Лаборатория реактивного движения NASA (JPL).
В Китае, Японии тоже есть свои отраслевые институты, равно как и в странах Европы (Франция, Швейцария). В каждом крупном индустриальном регионе есть свое учреждение. И между каждым из них происходит постоянный обмен стандартами, данными по их сверке, калибровке и так далее. Это необходимо для того, чтобы во всем мире были обязательно одинаковые измерения.
– А есть ли единый орган, который объединяет все данные?
– Исторически такой орган действительно существовал во Франции: Парижская палата мер и весов. Однако сегодня она не оказывает решающего влияния. В свое время ученые пересмотрели известные фундаментальные стандарты с целью воспроизводимости метрологии. Это одна из ключевых целей и особенностей данной науки: любое измерение должно быть воспроизводимо. Именно поэтому метрология не нуждается сегодня в едином международном центре. По сути, любой человек, соблюдая конкретную методику (и, конечно, имея необходимое оборудование), может воспроизвести необходимую точность измерения чего угодно.
– Тогда кто обеспечивает эти методики и прописывает правила измерений?
– Методики в данном случае определяются текущим состоянием научного знания и отражают эволюционный цивилизованный путь. То есть человечество как цивилизация проходит длинный путь фундаментального изучения наук, чтобы лучше понимать, какие величины можно считать базовыми, почему они таковыми являются, как они взаимосвязаны и влияют на остальные, и как их лучше измерять. И это никто не устанавливает сверху. Речь идет о принимаемых столетиями международным научным сообществом фундаментальных принципах и величинах. И уже для принятых величин разрабатываются конкретные, не подлежащие сомнению на текущий момент методики.
– Каждый из центров занимается также и исследованиями?
– Да, все эти центры являются исследовательскими, поскольку метрология – это постоянно эволюционирующая и высокотехнологичная отрасль человечества. Ведь для создания тех или иных инструментов (особенно измерительных) или изделий производственные станки сами должны быть изготовлены по еще более точным стандартам. И поэтому метрология всегда стоит во главе абсолютно всех технологических цепочек.