Хранители времени и мер

 Кто отвечает за метры, секунды и килограммы  21.10.2011, 07:42

Артём Демченко
журналист, управдом
были упомянуты
подходящие темы
Хранители времени и мер
Фотографии Валерия Титиевского

Над кабинетом Александра Толстикова висят самые точные часы в Новосибирске. И даже больше — во всем регионе. В любой момент он может определить эпоху события, вплоть до самых маленьких долей секунды. Толстиков занимается «хранением времени». Он — один из тех людей, кто обеспечивает единство измерений во всем мире. Без него и его коллег часы в городах быстро бы разошлись, а килограмм и другие физические величины в разных частях света были бы разными. Корреспондент Сиб.фм увидел, где хранят эталоны в Новосибирске.

На последнем этаже старого здания института метрологии громко шумят кондиционеры. Измерение времени требует чистого воздуха, пониженного давления и стабильной температуры 20 градусов Цельсия.

Сама машина времени представляет собой огромный металлический шкаф. Внутри в электрическом поле колеблются атомы водорода — ученые определили: по ним точнее всего считать секунды. Современный «маятник» своими глазами увидеть невозможно, но специальное оборудование учитывает каждое его движение. И таких «атомных» часов здесь несколько. Их показания сверяют сначала друг с другом, а потом и с показаниями подобных устройств в самых разных частях мира: часы по всему свету не должны расходиться, а время не имеет права «убежать» или замедлиться.

Попасть в комнату с водородными стандартами частоты могут лишь избранные. Любое внешнее воздействие влияет на ход часов. К измерениям времени государство относится очень серьезно. Время не остановишь, и часы останавливаться не должны. На случай аварии здесь предусмотрена система- дублер: два кондиционера и два питающих фидера. Если из строя выходят оба кабеля — включается источник бесперебойного питания, который два часа автономно дает напряжение на весь эталон. И, наконец, если электричества не будет дольше, в здании есть дизельгенератор. Он будет питать систему до тех пор, пока не кончится солярка.


В 1842 году по указу Николая I основано первое метрологическое учреждение России — Депо образцовых мер и весов. В 1892-м его возглавил Менделеев

В измерениях времени человечество добилось максимально возможной точности среди всех существующих величин. Нестабильность составляет лишь 10-16 секунды.

— Если ваши часы могут «убежать» на секунду в неделю, и считается, что это — хорошие часы, то у нас они на секунду убегут за несколько миллионов лет, — говорит «хранитель времени», начальник отдела государственной службы времени и частоты Александр Толстиков.

За ходом времени в соседней комнате постоянно следят несколько операторов. Каждые пять минут они отслеживают изменения параметров в заветном боксе с водородными стандартами частоты. Если «атомные часы» вдруг начинают барахлить, сразу же устанавливается причина: не связано ли это, например, с повышением температуры. Здесь же принимают сигналы точного времени со спутников и служб времени в других городах: Москве, Хабаровске, Петропавловске-Камчатском.


Метрическая конвенция была подписана в 1875 году в Париже 17-ю странами, в том числе Россией. Сегодня в нее входит 51 государство

В институте метрологии есть и специальный сервер, позволяющий людям по всему миру подводить свои часы через интернет.

— Если, конечно, вас устраивает погрешность в миллисекунду, — уточняет Александр Сергеевич.

Человек столь быстрый миг вряд ли заметит, а вот для навигационного оборудования и пикосекунда — критична. ГЛОНАСС и другие системы — основные потребители точных измерений времени. Координаты объектов навигационные системы рассчитывают по времени движения сигнала от передатчика на спутниках до приемника. И лишь одна пикосекунда дает погрешность в определении координат сразу на 30 сантиметров.

В этой точности ученые института метрологии добились определенного успеха. Координаты центра антенны, расположенной на крыше нового корпуса СНИИМа, определяются с допуском всего в 3 мм в горизонтальной плоскости и 5 мм по высоте. Это как точно попасть в десятикопеечную монету.


Эталонный набор стоит более 50000 рублей

В подвале старого корпуса института метрологии хранится эталон-копия государственного эталона килограмма: цилиндр из стали диаметром и высотой в 55 мм. Нас предупреждают: простуженным людям в это помещение лучше не входить. Дело в том, что эталонные наборы включают в себя и гири весом в миллиграмм — по виду они тоньше иголки.

Достаточно чихнуть или закашляться — и попробуй отыщи их на полу. А еще эталоны ни в коем случае нельзя трогать руками. Жирные отпечатки прибавят веса — их потом придется долго оттирать спиртом, а от теплоты рук нагреется металл, изменятся его свойства.

Удивительно, но за более чем 100 лет ученые так и не придумали, как выразить массу через что-то другое. Эталонным килограммом до сих пор считают вес платиново-иридиевого цилиндра, созданного еще в 1889 году. Он помещен под три герметичных колпака в Международном бюро мер и весов. Тогда было изготовлено более 80 копий этого эталона и передано разным государствам, в том числе и России.

Государственный эталон российского килограмма хранится в Санкт-Петербурге. Новосибирск получил свою стальную копию под номером 8 в 1956 году. Вместе с историческими швейцарскими весами, изготовленными еще в позапрошлом столетии, в разработке которых, как гласит легенда, участвовал сам Дмитрий Иванович Менделеев. В хранилище — будто в историческом музее. Что ни вещь — то с большой историей. Да и сама технология сличения гирь ничем не отличается от той, что использовали еще в девятнадцатом веке.

На чашки столетних весов устанавливают эталон и поверяемый образец. Затем комната закрывается и выдерживается так две недели. Это называется «пассивным термостатированием».


Эталон килограмма, который хранится в Международном бюро мер и весов в Севре

И только тогда проводится измерение: на шкалу смотрят через глазок из соседней комнаты, куда от весов тянутся массивные рукава управления. Затем с помощью «механических рук» гири меняют местами и снова смотрят, как изменились показания на шкале. Довешивается рейтер, определяется цена деления, а также погрешность измерений.

Но столь продолжительна процедура, только когда необходимо обеспечить сверхвысокую точность. Сличение с рабочим эталоном средств измерения более низкого класса проводится проще. За 54 года работы в руках хранителя Клавдии Федоровны Дрожжиной, кажется, побывали гири со всех концов Сибири.

Об этой женщине ходят легенды. Рассказывают, как она, легко держа в руках двадцатикилограммовую гирю, однажды предложила студенту взвесить ее. Но молодые руки дали осечку и эталон чуть было не свалился на пол.

Ещё одна история связана с изготовлением государственного эталона для Монголии, которое было поручено новосибирскому институту метрологии. Гиря эталона подгоняется под нужный вес стиранием о бархотную тряпочку. После каждой процедуры «протирки» — взвешивание. Процесс порой затягивается на несколько месяцев. И вот сотрудник так устал от этой монотонной работы, что натер лишнего — гиря ушла из нужного диапазона точности и была безвозвратно испорчена.


Тысячу лет назад длину мерили локтями. Русский локоть был самым большим — 54,7 см, у египтян — 45 см, у греков — 46,3 см, у римлян — 44,4 см

То, что всё в этом мире относительно, в институте метрологии знают не понаслышке. Из-за разных факторов, которые постоянно влияют на измерения, любая величина определённая, например, у нас и за океаном, будет похожей, но не одинаковой. И стороны могли бы все время спорить, чей килограмм килограммистей.

Мировая метрическая система, по сути, держится на договоре: среднее значение принимают за истинное. Как когда-то договорились считать килограммом кусок платинового сплава. Раз в несколько лет государственные эталоны с разных концов света проходят процедуру сличения друг с другом. Для этого формируют специальный эталонный комплект, с которым все страны-участницы по очереди сравнивают свои эталоны. Затем результаты измерений сводят в общую таблицу. Тот, у кого разница со средней величиной будет минимальной, имеет больший вес в любых метрологических спорах.

Сотрудники института метрологии совсем недавно сличали госэталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных волноводах и получили результаты на уровне лидеров — США и Англии. Теперь ждут результаты по единице относительной диэлектрической проницаемости. Сама работа хранителей заключается не только в проведении сличений и измерений. Их задача еще и постоянно совершенствовать эталон, увеличивать точность измерений. И этот процесс вечен.

ВКонтакте
G+
OK
 
Новости партнёров
Комментарии

Редакция Сиб.фм призывает к конструктивной и взвешенной дискуссии по теме опубликованного материала. Недопустимы и удаляются комментарии, которые нарушают действующее законодательство, содержат призывы к агрессии, оскорбления любого характера, либо не относятся к теме публикации. Редакция не несёт ответственности за содержание комментариев.

публикации по теме
самое популярное
присоединяйтесь!