Как изобрести все. Создай цивилизацию с нуля

4 Единицы измерения произвольны, но здесь содержится все для того, чтобы изобрести с нуля стандартную систему, использованную в этой книге

Все единицы измерения совершенно произвольны, но бо́льшая часть[14] человечества согласится с тем, что вы должны сделать свою систему по меньшей мере практичной, положив в ее основу предсказуемые, интуитивно комбинируемые и легкие для воспроизведения элементы. Соответственно, в этом руководстве мы используем метрическую систему мер (которая основана на десятеричном исчислении) и стоградусную температурную шкалу, что гарантирует: вы сможете воссоздать эту систему, в какой бы эпохе вы ни оказались.

Все, что вам нужно, – наша книга и немного воды.

Стоградусная температурная шкала Цельсия определяется так: за 0 °C берется точка замерзания воды, а за 100 °C – точка ее кипения. Поэтому соорудить шкалу легче легкого: просто отметьте эти две точки на своем термометре (см. раздел 10.7.2), разделите отрезок между ними на сто равных частей, и все, дело сделано[15].

«Конкурирующая» шкала Фаренгейта опирается на 0 градусов, которые соответствуют чудной кашице изо льда, воды и соли, которую мистер Фаренгейт по-быстрому сляпал не пойми зачем. Эту шкалу мы больше не будем вспоминать, разве что упомянем, что при 32 ^оF вода замерзает, а при 212 она кипит… и вы определенно сможете сделать что-то получше.

Если вы предпочитаете использовать шкалу без отрицательных чисел, вы можете изобрести систему Кельвина, где 0 равняется –273,15 °C, самой низкой возможной температуре во вселенной. Вода замерзает при 273,2 К и кипит при 373,2 К, так что это тоже стоградусная шкала.

Теперь у вас есть все, чтобы разобраться с температурой.

Систему весов мы строим вокруг килограмма, который на 2019 н. э. все еще привязан к реальным прототипам килограмма: физической массе куска платины в специальном хранилище, чтобы люди могли показывать на него пальцем и говорить: «Килограмм – то, сколько весит этот вот слиток». Существует каноническая копия – хранится во Франции – и дюжина дубликатов, размещенных по всему миру для удобства и для безопасности: в конце концов, вы же не хотите, чтобы кто-нибудь присвоил единственный килограмм посредством драматического, тщательно спланированного ограбления?

Есть несколько недостатков у этой идеи, даже если отринуть несомненно привлекательную идею «украсть килограмм».

Запасные килограммы время от времени возвращают во Францию, чтобы убедиться, что их вес не изменился, и вот ведь незадача… он меняется. Различные образцы килограмма, что хранятся по всему миру, – даже взятые из первоначального набора из сорока штук в 1884 н. э. – стали весить немного по-разному, постепенно меняя свои характеристики, и пока мы не изобрели путешествия во времени, мы даже не знали почему.

На самом деле все еще хуже: сравнительные измерения показывают, что по весу все прототипы килограмма отличаются один от другого, и это может означать, что все они набирают или теряют массу, просто в случае с некоторыми этот процесс идет быстрее. Поскольку же килограмм является центральной единицей измерения в метрической системе и на нем основаны единицы силы (ньютоны), давления (паскали), энергии (джоули), а также характеристики электрического тока (ватты, амперы и вольты), даже не упоминая миллиарды других единиц, производных от вышеперечисленных, можно легко представить, что даже крошечное изменение значения официального килограмма мигом переопределит (метрическую) тонну других единиц в совершенно разных областях измерений.

К счастью для вас, этот кусок металла появится только спустя очень, очень долгое время после вас, и еще вы сейчас узнаете, что этот прототип должен был равняться просто весу 1000 кубических сантиметров воды при температуре в 4 °C. У вас есть вода и имеется средство измерения температуры, так что вам нужно только узнать, насколько велик сантиметр, после чего вы с легкостью воспроизведете килограмм.

Но перед тем как мы займемся этим, заглянем в область терминологии.

Вся метрическая система основана на числе «десять», и количество десяток, на которые нужно умножить или разделить исходную единицу, определяется префиксами. Табл. 6 содержит самые популярные из них, от меньшего к большему.

Таблица 6. Реальная мегатаблица

Сантиметр – это одна сотая метра, и вы знаете это, поскольку видите приставку «санти». Схожим образом слово «километр» говорит вам, что эта штука в тысячу раз длиннее, чем метр: 1000 метров. Мы обычно сокращаем префиксы, пишем «см» и «км».

Осталось только понять, какой длины сам метр.

История метра началась в 1793 н. э., когда он был определен как «одна десятимиллионная от расстояния между экватором и северным полюсом». В 1799 н. э. определение изменили, привязав к материальному прототипу (как и в случае с килограммом), и снова переопределили в 1960 н. э., задействовав длину волны одного изотопа криптона, и переопределили еще раз в 1983 н. э. как точное расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1⁄299792458 секунды.

Учитывая ваши текущие обстоятельства, вы наверняка заметили, что все эти определения выглядят все более и более бесполезными. К счастью, мы тоже это заметили и поэтому просто напечатали линейку длиной в 10 см в этом разделе (рис. 10) и еще одну, может быть, более удобную, на суперобложке[16], так что вам не придется суетиться. Используя ее как основу, вы можете изготовить метр-шаблон, который будет чертовски близок к оригинальному.

Так что теперь у вас есть стандартные единицы измерения для длины, веса и температуры. Единственный первичный параметр, который вам еще необходимо измерять, – время, и он базируется на секунде. Современное определение секунды выглядит на редкость смехотворным «время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133», но вы интуитивно знаете, чему именно она равна – это одна секунда, и все, что вам нужно, это удобный эталон.

Рис. 10. Линейка. С этой маленькой штучки начинается большая система измерений

Рис. 11. Транспортир для половины круга, но вы можете пустить в ход два таких, чтобы покрыть все 360 градусов

Чтобы изготовить прибор, способный отмерить секунду без помощи цезия-133, вам нужно будет сконструировать простой гармонический изолятор, и этот процесс на жаргоне, не относящемся к починке машин времени, обычно описывают как «привязать камень к веревке». Камень, свободно качающийся на веревке, именуется маятником, и вышло так, что секунда – то время, что требуется любому маятнику на Земле, вне зависимости от веса, чтобы качнуться в одну сторону, если длина веревки 99,4 см.

Это клевое свойство маятников – им всегда требуется одно количество времени на один взмах вне зависимости от того, как далеко вы оттягиваете вес перед тем, как отпустить – делает наш эксперимент очень легким.

Данный факт открыл парень по имени Галилео Галилей в 1602 н. э., но вам придется его просто принять.

Теперь он ваш.

Как мы видели, все другие единицы могут быть выведены из набора исходных. Учитывая наличие мер длины и веса, мы легко получим единицу объема, а именно литр. Обычно его определяют как кубическую область, каждая грань которой равна 10 сантиметрам – и этот самый куб, наполненный водой, будет весить в точности 1 килограмм.

Для звука вы захотите измерить частоту, которая есть просто число колебаний в секунду. «Герц» (Гц сокращенно) – один полный цикл в секунду, так что частота в 20 Гц означает 20 колебаний в секунду. Для физики количество силы, необходимое для того, чтобы ускорить 1 килограмм массы до скорости 1 метр в секунду, будет именоваться ньютоном, количество энергии, затраченное, чтобы перенести этот объект на 1 метр, называется джоулем, а ватт – просто один джоуль в секунду.

Эти единицы могут выглядеть абстрактными, но они сильно пригодятся вам в дальнейшем, когда дело дойдет до более сложных технологий.

Так что маленькая линейка, изображенная чуть выше, открывает дверь не только в мир длины, но и объема, массы, силы, энергии и даже самого времени. Если вы используете страницы нашего руководства в качестве туалетной бумаги (а вы не должны, почему бы вам делать такое, поищите что-нибудь еще), то сохраните страницу с линейкой напоследок[17].