Как метрология помогает наукам развиваться, а людям объединяться

Наука и жизньНаука

Мир после запятой

Записал Максим Абаев

Ещё в середине прошлого века самый точный на Земле метр можно было подержать в руках. Вплоть до 1960 года изготовленные во Франции в конце XIX столетия три десятка одинаковых стержней из платино-иридиевого сплава служили всемирными эталонами единицы длины. На фото — макет такого эталонного метра.

В научной среде ещё недавно курсировал анекдот (кто-то из читателей наверняка его помнит) про физика, математика и инженера, которым дали задание: найти объём красного резинового мячика. Физик погрузил мяч в стакан с водой и измерил объём вытесненной жидкости, математик измерил диаметр мяча и рассчитал тройной интеграл, а инженер достал из своего стола «таблицу объёмов красных резиновых мячей»… Каждый из учёных решил задачу тем методом, которым привык решать стоящие перед ним научные задачи и которым владеет в совершенстве. Но автор шутки не включил в «соревнование» представителя той науки, без которой ни физики, ни математики, ни инженеры не смогли бы договориться, какое из полученных значений объёма мячика — верное. Верное настолько, насколько оно может и должно быть.

Науку об измерениях — метрологию — многие воспринимают как своего рода «бэк-офис» больших наук вроде физики, химии или биологии. Некоторые и вовсе сомневаются в её необходимости: исследователи, мол, сами разберутся, как пользоваться своими приборами, не стоит им мешать делать открытия ежегодными метрологическими поверками. Однако один всемирно известный русский учёный, возглавивший в 1892 году в Петербурге «Депо образцовых мер и весов», скорее всего, думал по-другому… О том, как метрология помогает наукам развиваться, а людям объединяться, рассказывает Антон Николаевич Пронин, генеральный директор Всероссийского научно-исследовательского института метрологии им. Д. И. М менделеева.

Как менялись эталоны

Слово «глобализация» охватило население Земли на рубеже XX—XXI веков. Однако в области науки речь о глобализации пошла, конечно, намного раньше, а первыми реальными глобализаторами можно назвать метрологов, благодаря которым в 1875 году в Париже была подписана Метрическая конвенция. Страны-участницы договорились о том, что надо измерять всё в определённых единицах, чтобы выбранные эталоны прослеживались и чтобы единицы физических величин были действительно общими для всех. Следующий шаг метрологами был сделан в 1960 году, когда была утверждена Международная система единиц (СИ), распространившаяся уже на большее количество единиц, чем было изначально установлено в Метрической конвенции. И, наконец, в 1999 году появилось Соглашение «О взаимном признании национальных эталонов и сертификатов калибровки и измерений, выдаваемых национальными метрологическими институтами» (CIPM MPA).

Как видим, измерять всё в одних и тех же единицах метрологи договорились ещё 150 лет назад, но практическая реализация этих договорённостей стала реальностью лишь относительно недавно. Почему же этот путь оказался таким долгим? Скорее всего, из-за отсутствия в мире большой потребности в подобном движении. Процессы глобализации заметно ускорились лишь к концу ХХ века, а до этого национальное законодательство в странах всё-таки превалировало.

Тут надо оговориться: метрология — это далеко не только наука. Метрология — сфера деятельности. Есть законодательная метрология, есть вопросы, связанные с международным признанием, и есть собственно наука метрология. И как сфера деятельности, и как наука, метрология закладывает основы, которые позволяют всему научному сообществу общаться на одном языке, сравнивать и осмысливать результаты экспериментов, проведённых в разных местах. Опять же на одном языке и с одним инструментарием подходить к этим результатам.

Поначалу метрология (вернее, только что появившаяся Метрическая конвенция) касалась в первую очередь физики. Потому что речь шла преимущественно о геометрических измерениях, о массе и других осязаемых физических параметрах. Потом, уже во второй половине ХХ века, к метрологии активно подключилась химия. Стало понятно, что измерения в химии надо привести в соответствие с едиными правилами, пронизывающими и другие науки. Это позволило физикам и химикам обсуждать результаты своих экспериментов на одном языке. Началась активная интеграция, взаимное проникновение наук.

Современные эталоны длины основаны на воспроизведении с помощью лазерных технологий квантовых свойств определённых атомов (подробнее в статье А. Голубева «В погоне за точностью: единый эталон времени — частоты — длины», см. «Наука и жизнь» № 12, 2009 г.). В отличие от использовавшихся раньше физических эталонов длины, размеры которых меняются со временем, параметры атомов не меняются, что позволяет получать эталон длины непосредственно из природы. Почти сто лет назад, в 1927 году, метр выразили через длину световых волн в спектре атомов кадмия. Затем на смену кадмию пришёл криптон, а уже с развитием лазерных источников излучения появилась возможность ещё более точного определения эталона длины. Сейчас во ВНИИМ над воспроизведением эталонного метра «трудится» гелий-неоновый лазер, стабилизированный по молекулярному йоду, — это целый комплекс из оптических установок. На фото — один из его элементов, называемый «оптическая частотная гребёнка».

К концу ХХ века к метрологии стала тянуться и биология. У биологов возникло понимание, что если на качественном уровне, на уровне оценок какие-то результаты экспериментов и описывались, то с количественным сравнением, с достоверностью измерений возникали проблемы. Но в целом, если говорить о биологии и медицине, то эти науки — ещё на стадии выработки и освоения метрологического языка. Простой пример из жизни. Мы с вами привыкли к тому, что анализы, сделанные в одном медицинском учреждении, «не действительны» в другом. Не потому что врачи не верят «чужим» анализам, а потому что так построена система. Каждая фирма, производящая медицинское оборудование, выпускает свои приборы, свои калибраторы. И даже с учётом того, что приборы показывают результаты в одних и тех же единицах, это весьма условные единицы, привязанные к оборудованию и реактивам конкретной фирмы. Сама проблема с измерениями в медицине была поставлена давно, ещё в конце 1970—1980-х годов. И в СССР, и на Западе были исследования, когда, например, один и тот же образец крови высылали на анализ в разные лаборатории, где в итоге получались совершенно разные результаты. К сожалению, прошло уже больше 40 лет, а пути решения этой проблемы ещё ищутся и только начинают обретать более или менее чёткий вид. Эта область пока не «переварена» метрологией полноценно, но прогресс уже ощутим.

После медицины, на мой взгляд, прогресс метрологии распространится на области нейрофизиологии и психологии. Сейчас появляются возможности измерить, как и что воздействует на психику человека, конкретно отражаясь в организме, в сигналах мозга. Хотя это и сложная с этической стороны тема, потому что мы можем дойти до уровня, когда захотим, к примеру, определять способности человека по каким-то физиологическим характеристикам. Но, несомненно, в данном направлении уже есть движение. Такие исследования нужны, и они должны человеку о нём самом много нового рассказать.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Свет и блеск Достоевского Свет и блеск Достоевского

Тернистый путь, пройденный Фёдором Михайловичем Достоевским

Наука и жизнь
Грузовые корабли, ракеты и танки: 10 неожиданных вещей, созданных автомобильными брендами Грузовые корабли, ракеты и танки: 10 неожиданных вещей, созданных автомобильными брендами

Десять примеров неожиданной продукции от мастеров автопрома

ТехИнсайдер
«Дело микробиологов» «Дело микробиологов»

За что арестовали ученых-микробиологов?

Дилетант
Физики поймали в магнитооптическую ловушку многоатомные молекулы Физики поймали в магнитооптическую ловушку многоатомные молекулы

Первая успешная попытка захвата многоатомных молекул в магнитооптическую ловушку

N+1
Учимся… спать Учимся… спать

Во время беременности у женщин нередко возникают проблемы со сном

9 месяцев
Молекула разложилась с образованием мононитрида фосфора Молекула разложилась с образованием мононитрида фосфора

Соединение, способное разлагаться с образованием мононитрида фосфора

N+1
Реформа армии Реформа армии

Петр I провел радикальную реформу армии по европейскому образцу

Дилетант
Физики подтвердили спин-зарядовое разделение в одномерной квантовой жидкости Физики подтвердили спин-зарядовое разделение в одномерной квантовой жидкости

Физики измерили свойства зарядовых и спиновых волн в одномерной ферми-жидкости

N+1
API, консолидация и билеты на блокчейне: как устроен российский рынок билетных платформ API, консолидация и билеты на блокчейне: как устроен российский рынок билетных платформ

С момента появления первых бумажных билетов индустрия сильно изменилась

ТехИнсайдер
Если собака отравилась ядом: что должно быть в аптечке у каждого владельца и как оказать первую помощь питомцу Если собака отравилась ядом: что должно быть в аптечке у каждого владельца и как оказать первую помощь питомцу

Как спасти своего любимца от мучительной смерти?

ТехИнсайдер
Страшно интересно: как фильмы ужасов помогают нам справиться с трудностями Страшно интересно: как фильмы ужасов помогают нам справиться с трудностями

Что на самом деле стоит за желанием пощекотать себе нервы?

Psychologies
Как проходят собеседования в Tinder, Uber, Lyft, Playstation и Amazon Как проходят собеседования в Tinder, Uber, Lyft, Playstation и Amazon

Как подготовиться к собеседованиям в Playstation или Amazon

VC.RU
Всё, что хочу Всё, что хочу

Актриса Елена Лядова – о сложном характере, любви и терпении

Новый очаг
Физики создали непрерывный временной кристалл Физики создали непрерывный временной кристалл

Созданный кристалл нарушает симметрию относительно трансляций во времени

N+1
Один большой HDD или два маленьких: что лучше? Один большой HDD или два маленьких: что лучше?

Что лучше – использовать один большой накопитель или два маленьких?

CHIP
Люди Веры Люди Веры

Каждый день наши герои помогают людям жить

Seasons of life
5 самых удаленных и таинственных островов нашей планеты 5 самых удаленных и таинственных островов нашей планеты

Удаленные острова до сих пор окутанные тайной

ТехИнсайдер
Защитные реакции психики: почему в момент ссоры мы плачем или молчим Защитные реакции психики: почему в момент ссоры мы плачем или молчим

Происхождение защитных механизмов, как они включаются и работают внутри нас

VOICE
Арктический город будущего Арктический город будущего

Реальные технологии строительства в Арктике приходили из Норильска

ТехИнсайдер
8 загадочных фактов про Тунгусский метеорит 8 загадочных фактов про Тунгусский метеорит

Тунгусский метеорит оставил после себя множество загадок

Maxim
Самые преданные породы кошек: они будут обожать вас Самые преданные породы кошек: они будут обожать вас

Генетика может накладывать отпечаток на поведение питомца

ТехИнсайдер
Зачем платить по QR-коду и насколько это безопасно: новый способ совершать покупки Зачем платить по QR-коду и насколько это безопасно: новый способ совершать покупки

Как и зачем платить по QR-коду?

ТехИнсайдер
Умер Юрий Шатунов: почему «Ласковый май» стал символом эпохи? Умер Юрий Шатунов: почему «Ласковый май» стал символом эпохи?

Почему «Ласковый май» оказался таким значимым проектом в нашей поп-культуре?

Psychologies
Российские физики рекордно разогрели плазму в сферическом токамаке «Глобус-М2» Российские физики рекордно разогрели плазму в сферическом токамаке «Глобус-М2»

Физики нагрели в «Глобуск-М2» дейтериевую плазму до очень высокой температуры

N+1
Пожиратели костей из морских глубин: кто такие оседаксы и почему их открыли лишь недавно? Пожиратели костей из морских глубин: кто такие оседаксы и почему их открыли лишь недавно?

5 фактов о жутких и странных существах

Вокруг света
Далеко в горах Карачаево-Черкесии: 3 маршрута к живописным Софийским озерам Далеко в горах Карачаево-Черкесии: 3 маршрута к живописным Софийским озерам

Ни один объектив не передаст всех красок этих мест — там лучше побывать самому

Вокруг света
Астрономы усомнились в природе кандидата в «блуждающую» черную дыру звездной массы Астрономы усомнились в природе кандидата в «блуждающую» черную дыру звездной массы

Первый случай обнаружения объекта с помощью астрометрического микролинзирования

N+1
Эффект бабочки: чешуекрылые подсказали ученым, как создать сверхматериал для звукоизоляции Эффект бабочки: чешуекрылые подсказали ученым, как создать сверхматериал для звукоизоляции

Природа уже изобрела сверхматериалы до нас

Вокруг света
«Я ставлю вопрос: как быть отсюда?» «Я ставлю вопрос: как быть отсюда?»

Оксана Тимофеева о том, как любить родину

Weekend
Ягодная история Ягодная история

Топ-7 самых полезных ягод, которые помогут укрепить иммунитет

Лиза
Открыть в приложении