Одним из величайших метрологов, которых знал мир, был, несомненно, Д.И. Менделеев. Склонность к точным измерениям, тщательность измерений, стремление усовершенствовать методы измерений и измерительные приборы – характеризует все работы Д.И. Менделеева, и во многих случаях успех этих работ зависел от высокого качества измерений. Все основные воззрения Менделеева приводили его к необходимости заняться точными измерениями. Особенно много времени он уделял взвешиванию. Вот что он говорит в 1863 г. в своей «Органической химии»: «Выходя из того принципа, что причина химической реакции состоит в физических и механических свойствах частей, должно подвергать всестороннему изучению те явления, в которых проявляются эти свойства. Удельный вес тел, отношение их к теплоте, сцепление, коэффициент сжатия, подвижность жидкостей, кристаллическая форма, световые отношения и многие другие свойства тел должны находится в более или менее прямом отношении и зависеть от веса частиц и их состава».
Начал Менделеев свои работы над удельными весами уже в 1859 г. Его экспериментальные исследования жидкостей и газов включают огромный материал, касающейся методики измерений. Такие же материалы содержит и его труд о соединении спирта с водой. Можно утверждать, что во всех работах Менделеева, начиная с самих ранних, проглядывает уже выдающийся метролог. Но особенно ярко выявилась, если можно так сказать, «метрологическая гениальность» Менделеева в работах, начатых и выполненных в основанной им Главной палате мер и весов, во главе которой он оставался до самой смерти. Первой основной задачей, которую поставил Дмитрий Иванович, создавая Главную палату, было – установление прототипов основных мер веса и длины. Чтобы понять важность этой задачи, надо вспомнить, какая неопределенность относительно основных единиц длины и массы царила в те времена во всем мире. Всего за 30 лет до смерти Менделеева даже не было точно установленного метра, не говоря уже о ярдах, футах, саженях и т.п. Старинные акты, которыми определялись эти основные величины, были чрезвычайно неопределённы и неточны. Например, английский дюйм определялся как длина трех зерен ячменя, взятых из середины колоса и положенных концом к концу. Другие меры определялись почти таким же образом. Наши меры, определявшиеся указами Петра I, Анны Иоанновны, Павла I, Николая I, выполнявшиеся во времена, когда точность измерений и изготовления была очень невелика, конечно, не могла удовлетворять современным требованиям. Менделеев смело взялся за труднейшее дело восстановления основных мер и взялся при этом не за простое сравнение их с другими, существовавшими способами, но поставил широко предварительное изучение методов сравнения и приборов для измерений.
В своих работах по возобновлению прототипов мер длины и массы Менделеев начинает с анализа самого понятия «возобновления прототипов» и детально разбирает программу работ, которые необходимы для выполнения задачи. Он подвергает критическому разбору методы, применявшиеся в Париже и Лондоне при работах с прототипами, и дает ценнейшие указания относительно усовершенствования этих методов. Только благодаря гениальности Менделеева и его настойчивости вся работа по возобновлению прототипов была закончена у нас в четыре года. В Англии она потребовала почти – 20 лет, во Франции – 17.
К сожалению, Дмитрию Ивановичу не удалось издать полного отчета об этих работах, хотя он много над ним поработал и не только написал значительную его часть, но и приступил к печатанию. Лишь через 25 лет после его смерти был издан Главной палатой мер и весов отчет о возобновлении прототипа меры массы*. Полного отчета о возобновлении прототипа меры длины пока составить не удалось, так как сохранились лишь цифровые данные о произведенных измерениях и некоторые отрывочные сведения.
В ряде статей, напечатанных в основанном Менделеевым журнале «Временник Главной палаты мер и весов», а ранее в других изданиях, содержатся многочисленные сведения о метрологических работах Дмитрия Ивановича. Во всех этих работах больше всего внимания он уделял весам и взвешиванию. В своей статье «О приемах точных или метрологических взвешиваний» Менделеев говорит: «Я стараюсь по возможности содействовать дальнейшим успехам точного взвешивания, потому что питаю уверенность в возможность беспредельного их усовершенствования. В деле изучения видимого и доступного основным прибором, проникающим в беспредельно малое и близкое, должны считаться весы, уже дающие начало всем современным химическим знаниям проникающим до понимания бесконечно малых величин и индивидуализированных атомов: от усовершенствования способов взвешивания должно ждать еще многих успехов естественной философии, особенно же выяснения хотя бы некоторых сторон всеобщего, но еще таинственного всемирного тяготения. Да послужит вышесказанное объяснением того, что я со своей стороны вдаюсь во многие подробности лишь для того, чтобы содействовать увеличению точности взвешиваний от миллионных частей груза до миллиардных их долей. В природе мера и вес суть главное орудие познания, и нет столь малого, от которого не зависело бы все крупнейшее».
В этой статье он дает 22 чрезвычайно важных вывода и приходит к заключению о возможности определения десятитысячных долей миллиграмма при взвешивании масс в 1 кг. Менделеев особенно тщательно во всех своих работах разбирает возможные причины ошибок и указывает методы избежать их. Так еще в 1875 г., в своей работе «О весе литра воздуха» он показывает значение, которое имеет точное значение этой величины, и подтверждает свои соображения расчетами, показывающими, например, что в следствие замены при взвешивании платиновой гири в 1 кг латунной можно сделать ошибку в 0,1 г. В этой статье он разбирает работы Реньо, Жоли, Ледюка, Релея и дает ряд ценнейших указаний относительно точного определения этой величины.
Подробный анализ значения точности определений длины и веса дается в статье «О весе определенного объема воды». Анализируя имевшиеся работы по определению веса 1 см3воды, Менделеев приходит к убеждению, что они дают ошибку, доходящую до сантиграммов на литр.
Характерно для всех работ Менделеева, что он не ограничивается одной критикой, но ищет лучших методов и приемов работы. Так и здесь он говорит, что надо оставить обычный метод и рекомендует два других. В этой же работе он дает указания на необходимость учета атмосферного давления верхних слоев воды.
К определению удельных весов Менделеев возвращается многократно и дает по этому вопросу исчерпывающие указания. В связи работами по взвешиванию он работает и над изучением явления тяготения. В статье «Изучение напряжения тяжести при помощи несвободного падения тел» он говорит: «Если не все, то большинство отчетливых понятий, касающихся явлений и сил, действующих в природе, ведут свое начало от сведений, относящихся у падению тел и притяжению, определяющему падение, т.е. от тяжести, изучение которой составляет славу Галилея и Ньютона. Даже такая обособившаяся дисциплина, как химия, стала наукой точной только благодаря изучению количественных отношений. Вследствие этого, взвешивание, колебание маятника и падение тел представляют явления, достойные наибольшей разработки».
В этой же статье даются указания на влияние материала подушек на время качания маятника и декремент. Эти опыты Менделеева привели к изобретению им прибора для определения некоторых свойств материалов, который затем был предложен Грейнером и получил название «Маятника Грейнера». Своими работами над колебанием маятника Менделеев подготовлялся к определению абсолютного напряжения тяжести в Главной палате при помощи длинного маятника с золотым шаром в 50 кг весом. Вот программа этой работы, которую он дает в работе своей – «Подготовка к определению абсолютного напряжения тяжести в Главной палате»: 1) длина маятника; 2) система маятников разной длины; 3) форма и вес грузов; 4) подвешивание маятников; 5) поправка на пустоту; 6) поправка на время колебаний и число колебаний за сутки и 7) поправка на длину.
«Мои слабеющие с годами силы, пишет дальше Менделеев, - едва позволяют надеяться на достижение конца начинаемого труда, что и заставило меня, может быть, более чем следовало, спешить с окончанием этой статьи.
Труд окончания ляжет преимущественно на более меня сильных помощников, и я надеюсь, что они доведут это дело до возможного конца. То рвение, с каким многие из них принялись за подготовительную работу, дает в этом ручательство».
Все свои работы в Главной палате Менделеев вел, стремясь создать условия, которые позволили бы перейти от «русских мер» к «метрическим», считая, что для этого перехода необходимо точное значение величины – «русских» мер и разработка точнейших методов измерений.
О необходимости введения метрической системы Менделеев говорил еще в 1867 г. на IСъезде естествоиспытателей, на котором он сделал свое «Заявление о метрической системе».
«Станем употреблять ее постоянно в наших научных исследованиях», говорил Менделеев.
«Введем в наши лекции и уроки данные метрические, чтобы развить в наших слушателях привычку соображать в этой системе».
Будем наши ученикам внушать необходимость принятия этой системы».
«Облегчим же и на нашем скромном поприще возможность всеобщего распространения метрической системы и через то посодействуем и в этом отношении общей пользе и будущему желанному сближению народов».
«Содействовать облегчению точнейшего перехода от них к метрическим мерам, приобретающим ежегодно более широкое международное значение, особенно благодаря деятельности Международной Метрической Комиссии, в которой Россия принимает участие с основания и до ныне».
Из этого заявления ясно, насколько неправы были обвинявшие Менделеева в задержке введения у нас метрической системы. Наоборот, он первый на два года раньше, чем академики Струве, Якоби и Вильде, высказался за ее введение. И не только высказался, но и своими трудами сделал возможным ее быстрое введение.
Все знают Менделеева как величайшего химика, как гениального работника в области физики, но его заслуги как метролога также огромны. Научная метрология обязана ему очень многим. Как метролог, Менделеев создал себе памятник, организовав одно из лучших в мире метрологических научно-исследовательских учреждений – Главную палату мер и весов, и главное, дал ее работам правильное научное направление.
Этот характер ее работ и вдвинул Главную палату в число первых мировых метрологических учреждений.
Прошло много лет со дня смерти Д.И. Менделеева, но его метрологические работы сохранили полностью свое значение. Они, как и все гениальные работы этого величайшего ума, не устареют никогда и будут всегда служить примером для новых поколений метрологов.
*- Д.И. Менделеев. Опытное исследование колебания и весов и возобновление прототипа или основной образцовой меры массы в 1893-1898 г. С предисловием М.А. Шателена, Президента Главной палаты мер и весов. Публикация Главной палаты мер и весов №86. Л., 1931 г.