Метр — в длинах световых волн
Метр — в длинах световых волн
Еще в первой половине XIX столетия ученые предлагали использовать длину световой волны какого-либо определенного цвета в качестве эталона линейных мер. Но требования, предъявляемые к точности, не вызывали тогда еще необходимости в таком эталоне.
Только в конце XIX века, когда бурно развивающееся машиностроение потребовало высокой точности измерительных средств, предложение ученых было осуществлено.
Чтобы получить четкое воспроизведение явления интерференции, необходимо соблюсти два условия.
1. Так как интерферируют не любые два луча одного цвета, а только взаимозависимые одноцветные лучи, то либо первоначальный луч должен быть разложен на два, либо два луча должны исходить из одного источника света.
2. Лучи должны иметь строго определенную длину волны. Большинство световых лучей не удовлетворяет этому требованию: они слагаются из лучей с различными, правда, весьма близкими друг к другу длинами волн. Каждый из этих лучей интерферирует по-своему, результаты накладываются друг на друга и на экране либо вовсе ничего не получается, либо получается очень нечеткая картина. Особенно важно это условие в тех случаях, когда длины путей двух интерферирующих лучей разнятся на много тысяч или миллионов длин волн. Существует очень немного источников света, лучи которых имеют настолько четкую длину волны, что ими можно пользоваться для точных измерений.
Ученые нашли такой источник света: это оказался свет гейслеровой трубки, наполненной парами металла кадмия (белый металл, химически сходный с цинком). {117}
Спектр кадмия состоит из четырех резко выделяющихся цветных линий: красной, которой соответствует длина волны, равная 0,044 микрона, зеленой — 0,509 микрона, синей — 0,480 микрона и фиолетовой — 0,468 микрона. Лучи, порождающие эти линии, правильно интерферируют на пространстве до 20 сантиметров. Позднее ученые нашли, что гейслерова трубка, наполненная газом неоном, позволяет получать четкий интерференционный эффект и на большем расстоянии.
В 1892 году был сконструирован специальный прибор — интерферометр, основанный на интерференции света. А в 1893 году в Международном бюро мер и весов была решена чрезвычайно трудная задача определения длины метра в длинах световых волн. Посредством исключительно точных, кропотливых исследований, измерений и сравнений удалось успешно закончить измерение метра в длинах волн красного света кадмия.
Длина одного метра равняется 1 553 163,5 длины волн красного света кадмия, а обратное соотношение такое: длина волны красного света кадмия равна 0,64 384 696 микрона.
Исключительное по своему значению для техники измерительного дела исследование потребовало невероятного упорства и настойчивости в преодолении больших трудностей. Зато работа была исполнена настолько точно, что повторное измерение метра, произведенное через семь лет уже другим способом, дало те же результаты.
С тех пор, с 1893 года, длина прототипа метра из произвольной меры, только приблизительно равной 1/40 000 000 длины земного меридиана, превратилась в величину, которую всегда можно восстановить с достаточной степенью точности, зная число укладывающихся на ней длин волн одноцветного луча света.
* * *
Научно устанавливаемая и научно проверяемая точность линейных измерений понадобилась не потому, что ученые поставили перед собой теоретически отвлеченную задачу, а потому что машинное производство, основанное на взаимозаменяемости, с определенного момента не могло развиваться без единой международной базы точных измерений.
{118}