Шарль Гийом¶

Шарль Гийом — это швейцарско-французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1920 года. Основные научные достижения Гийома связаны с открытием и исследованием аномальных свойств сплавов никеля и железа, в частности инвара и элинвара, что позволило создать высокоточные измерительные приборы и эталоны длины. Он также внёс вклад в метрологию, работая директором Международного бюро мер и весов.

¶Биография

¶Ранние годы и образование

Шарль Эдуар Гийом родился 15 февраля 1861 года в городе Флёрье (кантон Юра, Швейцария). Его отец, часовщик по профессии, эмигрировал в Швейцарию из Франции после революции 1848 года. Семья переехала в Лондон, где Шарль посещал начальную школу, а затем вернулась в Швейцарию. В 1878 году Гийом поступил в Цюрихский политехникум (ныне Швейцарская высшая техническая школа Цюриха), где изучал физику и математику. В 1883 году он получил степень доктора философии за диссертацию, посвящённую электрическим конденсаторам.

¶Карьера в Международном бюро мер и весов

В 1883 году Гийом начал работать в Международном бюро мер и весов (МБМВ) в Севре (Франция). В 1915 году он стал директором этого учреждения и оставался на этом посту до выхода на пенсию в 1936 году. В МБМВ Гийом занимался совершенствованием эталонов длины и массы, а также разработкой точных методов измерений. Именно здесь он провёл свои ключевые исследования по сплавам.

¶Нобелевская премия

В 1920 году Шарль Гийом был удостоен Нобелевской премии по физике «в знак признания заслуг, связанных с открытием аномалий в сплавах никеля и железа, что привело к созданию прецизионных измерительных приборов». Церемония вручения состоялась в Стокгольме 10 декабря 1920 года. В своей нобелевской лекции Гийом подробно описал свойства инвара и элинвара и их значение для науки и техники.

¶Последние годы

После выхода на пенсию Гийом продолжал научную работу, занимаясь вопросами термодинамики и калориметрии. Он скончался 13 июня 1938 года в Севре, Франция.

¶Научные достижения

¶Открытие инвара

Главным открытием Гийома стал инвар (от лат. invariabilis — неизменный) — сплав железа (64%) и никеля (36%) с минимальным коэффициентом теплового расширения. В 1896 году, исследуя сплавы никеля и железа, Гийом обнаружил, что при определённом составе (около 36% никеля) сплав практически не расширяется при нагреве в диапазоне температур от −50 до +100 °C. Коэффициент теплового расширения инвара составляет около 1,2×10⁻⁶ K⁻¹, что в 10–15 раз меньше, чем у обычной стали.

Это открытие имело огромное значение для метрологии и точного приборостроения. Инвар позволил создавать эталоны длины, нечувствительные к колебаниям температуры, что было критически важно для геодезии, навигации и часового дела. Например, инварные проволоки использовались для измерения базисов при триангуляции в геодезических сетях, а инварные маятники — в астрономических часах.

¶Элинвар и другие сплавы

В 1912 году Гийом открыл элинвар (от фр. élasticité invariable — неизменная упругость) — сплав железа (36%), никеля (36%) и хрома (12%) с постоянным модулем упругости в широком диапазоне температур. Этот сплав не меняет своих упругих свойств при нагреве, что сделало его незаменимым для изготовления пружин в точных хронометрах, барометрах и других измерительных приборах.

Гийом также исследовал другие сплавы никеля и железа, в том числе с добавлением кобальта, марганца и меди, и разработал сплавы с заданными тепловыми и магнитными свойствами.

¶Вклад в метрологию

Как директор МБМВ, Гийом руководил работами по созданию и хранению международных эталонов метра и килограмма. Он усовершенствовал методы интерференционных измерений длины, что позволило повысить точность эталонов. В 1927 году под его руководством было принято новое определение метра через длину волны кадмиевой линии спектра, что стало шагом к переходу от материальных эталонов к естественным.

¶Применение открытий

¶Геодезия и картография

Инварные проволоки и ленты стали стандартным инструментом для высокоточных измерений расстояний в геодезии. Их использовали при создании государственных геодезических сетей во многих странах, включая Российскую империю и СССР. Инварные базисы применялись до середины XX века, пока не были вытеснены лазерными дальномерами и спутниковыми методами (GPS).

¶Часовое дело и хронометрия

Инварные маятники и элинваровые пружины произвели революцию в часовом деле. До открытия Гийома точность хода механических часов сильно зависела от температуры: маятник удлинялся при нагреве, и часы начинали отставать. Инварные маятники и балансиры с элинваровыми пружинами обеспечили термокомпенсацию, повысив точность хронометров до уровня, необходимого для морской навигации и астрономических наблюдений.

¶Научные приборы

Инвар и элинвар используются в конструкции прецизионных весов, манометров, барометров, микрометров, интерферометров и других приборов, где требуется стабильность размеров и упругих свойств при изменении температуры.

¶Современные технологии

Сплавы Гийома находят применение в современной технике: в аэрокосмической промышленности (для изготовления деталей, работающих в условиях перепада температур), в оптоволоконной связи (для термостабильных корпусов), в микроэлектронике (для подложек и масок). Инвар также используется в производстве эталонов длины в нанотехнологиях.

¶Признание и награды

• Нобелевская премия по физике (1920)
• Медаль Джона Скотта (1916)
• Медаль Румфорда (1920)
• Иностранный член Лондонского королевского общества (1921)
• Член Французской академии наук (1922)
• Командор ордена Почётного легиона (Франция)

¶Интересные факты

• В честь Шарля Гийома назван кратер на Луне (диаметр 23 км, координаты 45,5° с. ш., 176,7° в. д.).
• Инвар иногда называют «железом Гийома» или «металлом Гийома».
• Открытие инвара было сделано случайно: Гийом искал сплав с нулевым тепловым расширением для эталонов длины, но не ожидал, что такой эффект возможен.
• В 1920-х годах инвар использовался в конструкции первых советских эталонов метра и килограмма, хранившихся во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии имени Д. И. Менделеева.

¶Источники

• Шарль Гийом — биография на сайте Нобелевского комитета (nobelprize.org)
• Гийом, Шарль Эдуар — статья в Большой советской энциклопедии, 3-е издание, 1971
• Guillaume, Charles Édouard — Encyclopædia Britannica, 15th edition, 1998
• C. E. Guillaume — «Invar and Elinvar» (Нобелевская лекция, 1920)
• А. П. Григорьев — «История метрологии», Москва, 2001