До того, как появились метр и килограмм, мерой могло служить что угодно. Размер фаланги пальца, ширина ладони, длина шага или вес мешка с зерном. В одном городе фут определяли по ступне правителя, в соседнем – по размеру обуви. Торговля, строительство и наука страдали от этой пестроты. В имперской системе, которая сложилась в Британии, миля равнялась 1760 ярдам, ярд составлял 3 фута, а фут – 12 дюймам. Перемножить в уме 1760 на 3, а затем на 12 мог далеко не каждый. А если требовалось перевести ярды в мили? Держать в голове все эти коэффициенты было обременительно.
Метрическая система предложила новый путь: увеличение или уменьшение значения происходит простым перемещением запятой. Вместо 12 дюймов в футе, 10 миллиметров в сантиметре, 100 сантиметров в метре, 1000 метров в километре. Но чтобы прийти к этой простой формуле, человечество потратило тысячи лет.
От фаланги до римского эталона
Самые ранние системы мер появились в Шумере и Египте около 3000 года до нашей эры. За основу брали длину фаланги большого пальца, ширину ладони (4 пальца), длину локтя (от локтевого сгиба до кончика среднего пальца). В разных номах Египта царский локоть мог различаться на несколько миллиметров, но жрецы пытались сохранять единый эталон, кусок гранита с нанесенными метками.
В Древнем Китае император Хуанди около 2500 лет до нашей эры попытался унифицировать меры. В ходу были чи (примерно 23 сантиметра) и чжан (10 чи). Однако реальная длина чи зависела от эпохи и правителя. Аналогичная ситуация наблюдалась в Японии (сяку, кэн) и Индии (хаста, дхануша). В азиатских системах часто использовалась десятичная структура внутри себя, но межрегиональные коэффициенты оставались запутанными.
Римская империя создала первую по-настоящему широкую систему. Римский фут (pes) делился на 12 унций (unciae). Миля (mille passus) означала тысячу двойных шагов, то есть 5000 футов. Дорожные столбы по всей Европе отмечали расстояния в милях, а строительные камни подгоняли под стандартный римский фут. Размеры этого фута (около 29,6 см) не совпадали ни с египетским локтем, ни с греческим. Но на подконтрольных Риму территориях торговали и строили именно по римским меркам. После падения империи единообразие исчезло. Каждый феодал в средневековой Европе закреплял собственные эталоны: в одном графстве фут был 28 см, в соседнем – 33 см.
Россия между аршином и локтем
На Руси с древности пользовались саженью (размах рук), локтем, пядевью (расстояние между большим и указательным пальцами). В XI веке в "Русской правде" упоминается гривна как единица веса и денежная единица. Но настоящий разброс начался позже. В XVI–XVII веках наряду с русскими мерами применялись импортные: голландский фунт, немецкий аршин. Аршин (около 71 см) пришел с востока через купцов. Косую сажень (2,5 аршина) и маховую сажень никто не отменял. При этом указ 1736 года закрепил соотношение: аршин равен 28 английским дюймам. Имперская система пробиралась в Россию, но не вытесняла местные единицы.
Взвешивали товары пудами (16,38 кг) и золотниками (1/96 фунта). Аптекари использовали свой фунт (7/8 торгового). Коэффициенты пересчета не подчинялись единой логике. Чтобы перевести аршины в версты (1066,8 м), нужно было знать, что верста содержит 500 саженей, сажень – 3 аршина, а аршин – 16 вершков. Головоломка для бухгалтера.
Рождение метра
Идея единой рациональной системы зрела в просвещенной Европе XVIII века. Английский ученый Джон Уилкинс еще в 1668 году предлагал привязать единицу длины к маятнику с периодом в одну секунду. Однако реализация выпала на долю Франции.
В 1790 году Национальное собрание Франции поручило Академии наук разработать систему, основанную на естественной константе. Метр определили, как одну десятимиллионную часть четверти Парижского меридиана от экватора до Северного полюса. Экспедиции Пьера Мешена и Жана Деламбра измеряли дугу между Дюнкерком и Барселоной с 1792 по 1798 год. Результатом стал платиновый стержень – эталон метра. Одновременно килограмм привязали к массе кубического дециметра воды при температуре таяния льда. Отлили платиновую гирю.
В 1795 году во Франции ввели временные эталоны, а в 1799 году утвердили постоянные. Метрическая система стала обязательной на территории страны. Наполеон, несмотря на многие свои преобразования, не отказался от этой реформы, хотя и допустил некоторые послабления для старых мер.
В 1837 году Франция окончательно запретила неметрические единицы. Другие страны присоединялись постепенно. Германия и Италия, объединившись в 1870-х, приняли метрическую систему как символ единства. Россия после реформ Дмитрия Менделеева в 1899 году разрешила использовать метр наравне с традиционными мерами, а в 1918 году советское правительство сделало его обязательным.
Ключевым событием стала Метрическая конвенция 1875 года. 17 государств, включая Россию, подписали соглашение в Париже. Было создано Международное бюро мер и весов (BIPM) и лаборатория в Севре. Там хранятся платино-иридиевые прототипы метра и килограмма. В 1960 году метр переопределили через длину волны криптона-86, а в 1983 – через скорость света в вакууме (1/299 792 458 секунды). Килограмм, до 2019 года существовавший как физическая гиря, перепривязали к постоянной Планка. Но для повседневной жизни суть осталась прежней: десятичный переход запятой.
Медленное отступление имперской системы
К началу XX века метрическую систему ввели в большинстве стран мира. Исключением стала Британская империя. Канада, Австралия, Новая Зеландия перешли на метры в 1970-х. В самой Великобритании официальный переход начался в 1965 году с добровольного соглашения промышленности, затем последовало законодательное закрепление. Однако на британских дорогах до сих пор указаны мили, а в пабах пиво продают пинтами.
Главным бастионом имперской системы остаются США. Американская система мер (US customary units) отличается от имперской в деталях: объем галлона не совпадает с британским, а тонна другая. На бытовом уровне американцы измеряют рост в футах и дюймах, расстояние в милях, вес в фунтах. При этом в США приняли метр на государственном уровне еще в 1866 году (закон Метра), а в 1893 году базировали все единицы на метрических эталонах. Любой американский дюйм юридически определен как 2,54 сантиметра ровно. Но переучивать население не стали. Научные и инженерные работы в США давно используют метры и килограммы. NASA потеряло марсианский зонд Mars Climate Orbiter в 1999 году как раз из-за путаницы: одна группа инженеров работала в фунт-силах, другая в ньютонах. После этого метрическая система стала обязательной для всех космических проектов, финансируемых из федерального бюджета.
На сегодняшний день лишь три страны формально не перешли на метрическую систему в быту: США, Либерия и Мьянма. Но Либерия и Мьянма заявила о намерении завершить переход. Во всех остальных странах метр и килограмм стали привычными. Дюймы, футы и фунты остались в авиации для высоты полета и в некоторых ремесленных традициях. Однако физика, химия, медицина и глобальная торговля говорят на одном языке – метрическом.