История метрической системы

Гравюра на дереве, датируемая 1800 годом, которая иллюстрирует шесть новых десятичных единиц, которые стали законодательной нормой во всей Франции с 4 ноября 1800 года.

Идеи, сходные с теми, которые лежат в основании метрической системы, обсуждались в XVI и XVII столетиях. Симон Стевин опубликовал предложения по десятичной записи, а Джон Уилкинс опубликовал проект десятичной системы мер, основанной на естественных единицах. Первую практическую реализацию метрической системы осуществили в 1799 году, во время Великой Французской революции, когда существовавшая система мер, которая приобрела дурную репутацию, была временно заменена десятичной системой, основанной на килограмме и метре. Работа по реформе старой системы мер и весов поддерживалась всеми, кто был у власти, в том числе Людовиком XVI. Метрическая система, по словам философа и математика Кондорсе, была предназначена «для всех людей и времен». В эпоху гуманизма основные единицы были взяты из мира природы: единица длины — метр — основывалась на размерах Земли, а единица массы — килограмм — на массе такого количества воды, которое занимало объем в один литр, то есть одну тысячную кубического метра. Эталонные копии обеих единиц были изготовлены и помещены на хранение во Французскую академию наук. В 1812 Франция вернулась к системе, единицы которой были похожи на те, что употреблялись до реформы, из-за непопулярности метрической системы.

В 1837 метрическая система была вновь принята во Франции, кроме того, в первой половине XIX века ее приняло научное сообщество. В середине столетия Джеймс Кларк Максвелл продвигал идею связанной системы, где небольшое количество единиц измерения определяются как основные, а все остальные, называемые производными, определялись при помощи основных. Максвелл предложил три основные единицы: длину, массу и время. Эта идея хорошо работала в механике, но попытки описать с ее помощью электромагнитные силы сталкивались с трудностями. В конце XIX века для измерения электромагнитных явлений пользовались четырьмя основными вариантами метрической системы: тремя, основанными на сантиметре, грамме и секунде (система СГС), и одной, основанной на метре, килограмме и секунде (система МКС). Выход из тупика нашел Джованни Джорджи, который в 1901 году доказал, что система, которая включает электромагнитные единицы, должна использовать одну из них как четвертую основную.

До 1875 французское правительство владело прототипами метра и килограмма, но в этом году была подписана Метрическая конвенция и контроль над стандартами перешел к трем межправительственным организациям, старшей из которых была Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ, по-французски Conférence générale des poids et mesures). В первой половине XX века ГКМВ взаимодействовала с некоторыми другими организациями, и к 1960 она была ответственна за определение временных, электрических, тепловых, молекулярных и световых мер, а другие организации продолжали играть свою роль в том, как эти единицы измерения использовались.

В 1960 ГКМВ ввела в действие Международную систему единиц (по-французски Système international d’unités откуда СИ), в которой были шесть «основных единиц»: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина (впоследствии переименован в «кельвин») и кандела, а также 22 другие единицы, производные от них. В 1971 году была добавлена седьмая основная единица — моль. В течение этого времени метр был переопределен в терминах длины волны от определенного источника света (затем в терминах расстояния проходимого светом в вакууме за определенное время), а секунда в терминах частоты излучения от другого источника света. К концу XX века проводилась работа по переопределению ампера, килограмма, моля и кельвина в терминах основных физических постоянных. Ожидается, что эта работа закончится в 2014.

Развитие исходных принципов

Первым практическим применением метрической системы была система введенная французскими революционерами к концу XVIII века. Ее ключевыми свойствами были:

• В ней использовались десятичные отношения между единицами.
• Размеры ее единиц были основаны на природных явлениях.
• Величины с разными размерностями соотносились между собой рациональным образом.
• Префиксы использовались для образования кратных и дольных единиц.

Эти свойства исследовались и излагались различными учеными в течение двух столетий, предшествовавших введению французской метрической системы.

Симону Стевину приписывают введение десятичной системы во всеобщее употребление в Европе. Авторы двадцатого столетия, например, Bigourdan (Франция, 1901) и McGreevy (Великобритания, 1995) называли французского священника Габриеля Мутона (1670) изобретателем метрической системы. В 2007 году стала известна предложенная английским священником Джоном Уилкинсом когерентная десятичная система мер. После этого историки сконцентрировались на предложениях Уилкинса: Tavernor (2007) в равной мере рассматривает Уилкинса и Мутона, а Quinn (2012) не упоминает о Мутоне, а утверждает то, что «он [Уилкинс] предложил по существу то, что стало… французской десятичной метрической системой».

Работа Симона Стевина

В раннем Средневековье для записи чисел в Европе использовали римские цифры, но арабы записывали числа используя индийские цифры — позиционную систему, которая пользуется десятью символами. Примерно в 1202 Фибоначчи опубликовал сове сочинение Liber Abaci (Книга абака), которое ввело понятие о позиционной записи в Европе. Эти символы развились в цифры «0», «1», «2» и т. д.