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}

Основной эталон метра признан безусловно точной мерой.

Можно понять это так, что все «ниже стоящие» меры должны проверяться по эталону, сравниваться с ним. Но такой порядок проверки разрушил бы всю систему точности. Самые ничтожные воздействия на эталон, если бы они повторялись часто, меняли бы его — пусть на столь же ничтожно малые величины. Накладываясь друг на друга, эти изменения довольно быстро исказили бы первоначальную степень точности основной меры и нарушили бы всю строгость системы мер.

Чтобы только изредка привлекать самый эталон к проверкам, изготовлены еще его копии — вот их-то очень редко и проверяют по основному эталону. Но ведь и копий не может быть много — слишком часто приходилось бы «беспокоить» основной эталон для проверки. Копий всего несколько и степень их точности также приходится очень и очень беречь. Поэтому существует еще одна группа образцовых мер — «рабочие эталоны». Их сверяют с копиями, но не со всеми. Копии делятся в свою очередь на две группы. Одна из них служит для проверки рабочих эталонов, а другая, особая, в таких проверках не применяется — она как бы выжидает своего «часа». А этот час наступает тогда, когда почему-либо одну из действующих копий «заподозривают» в потере должной степени точности. Тогда эту копию сравнивают с одной из особой группы. Копии, входящие в нее, называются «свидетелями» эталона.

Значит ли это, что рабочих эталонов так много, что по ним можно проверять измерительные приборы и инструменты на каждом заводе? Конечно нет. Если бы их было много, как бы точно они ни были изготовлены и измерены, был бы неизбежен разнобой в степени точности между отдельными эталонами. Поэтому существуют следующие по точности образцовые меры первого разряда — их проверяют по рабочим эталонам. Затем — образцовые меры второго и третьего разряда.

Все это — образцы меры, хранящиеся в научно-метрологических учреждениях страны, ведающих важнейшим {119} делом хранения и соблюдения точности. Они, эти меры, образуют, по выражению одного советского научного работника-метролога, как бы лестницу точности, спускающуюся от основного эталона до тех измерительных приборов, которые служат для лабораторных и технических измерений вне метрологических учреждений — на предприятиях промышленности. Эти приборы занимают последние ступени лестницы точности.

Представители метра на заводе, заводские эталоны для линейных измерений, — это измерительные плитки. Именно с их помощью улавливаются разности между двумя размерами, выражаемые иной раз несколькими микронами. Эти же плитки помогают «уличить в неточности» и отрегулировать износившийся заводской измерительный инструмент или прибор.

Еще пятьдесят лет назад, в поисках таких мер длины, которые в условиях заводских лабораторий и даже в цеховой обстановке служили бы в качестве образцовых, ученые пришли к следующему выводу: если бы удалось изготовить набор различных стальных плиток с очень точными размерами между мерительными плоскостями, обеспечить относительную неизменность этих размеров и, наконец, путем комбинирования плиток получать любые размеры в пределах определенного размерного промежутка (например, от 1 до 100 миллиметров), то такой набор мог бы служить достаточно точным заводским эталоном длин.

Но создать такой набор было трудной задачей. Прежде всего надо было найти подходящий материал для плиток, такую сталь, высокие качества которой обеспечили бы неизменность размеров после тепловой обработки и в то же время большую износоупорность. Надо было далее найти способы изготовления плиток с идеально плоскими зеркальными мерительными поверхностями. Наконец, надо было установить, каковы должны быть размеры отдельных плиток набора, чтобы с их помощью получать любые размеры внутри заданного размерного промежутка.

Все эти задачи были успешно решены.

Наиболее распространенный набор состоит из 83 плиток, уложенных в специальный ящик. Две {120} противоположные мерительные поверхности каждой плитки отшлифованы и притерты с высокой тщательностью. На каждой плитке обозначено расстояние между мерительными плоскостями. Набор состоит из четырех серий плиток. В первую серию входит 50 плиток, в том числе 49 плиток, имеющих размеры от 1,01 до 1,49 миллиметра (каждая последующая плитка больше предыдущей на 0,01 миллиметра), и одна плитка размером в 1,005 миллиметра. Вторая серия состоит из 49 плиток размерами от 1,6 до 1,9 миллиметра; здесь каждая последующая плитка больше предыдущей на 0,1 миллиметра. Третья серия состоит из девятнадцати плиток размером от 0,5 до 9,5 миллиметров (через 0,5 миллиметра). И, наконец, четвертая серия — из десяти плиток размером от 10 до 100 миллиметров (через 10 миллиметров). Соединив несколько имеющихся в наборе плиток, можно в известных пределах получить любой размер с точностью до 5 микронов.

Представители метра на заводе — измерительные плиты — получили специальное название — «концевые меры длины».

Известно, что склеивание бумаги, дерева и других материалов — задача несложная. Канцелярский, столярный и всякий другой клей — достаточно надежные средства. Существуют даже клеи для более или менее прочной склейки двух кусков металла.

Все это — видимые, легко ощутимые средства склеивания. Но ученые-машиностроители нашли невидимый «клей» для соединения воедино двух или нескольких измерительных плиток. Это «склеивание» плиток выполняется следующим образом. Сблизив мерительные плоскости плиток, начинают притирать их друг к другу. Для этого верхнюю пластинку двигают поступательно по нижней и одновременно вращают ее по плоскости скольжения в обе стороны. В результате такого комбинированного движения плитки соединяются настолько крепко, что образуют как бы единое целое.