Весной 1894 года проездом в Лондон он заехал в Париж и исподволь навел справки о фирмах, которым можно было бы поручить окончательную отделку прототипов и нанести деления на прототипы длины. «Я пришел к заключению, — писал потом он, — что наилучшего результата можно было ждать от всемирно и давно известного лондонского ученого и мастера г-на Симмса… Узнав наши желания и приняв во внимание важную метрологическую цель предлагаемой работы, Г. Симмс, несмотря на свои преклонные годы и массу других заказов… взялся сам лично выполнить все требуемое».
Считая за честь оказать услугу Менделееву, Симмс просил оплатить только материалы и те работы, которые делали другие мастера его фирмы. Что же касается личной работы, то, как он сказал Дмитрию Ивановичу, он не желает брать за нее никаких денег, ибо ему довольно того, что ее оценит такой высокоуважаемый специалист, как Менделеев. Руководитель департамента стандартов — главного метрологического учреждения Англии — Г. Ченей предоставил в распоряжение Менделеева и Блумбаха все средства и все оборудование департамента и все свои знания и опыт. Сотрудники же Ченея с готовностью исполняли каждую просьбу работавших в департаменте русских метрологов. «С Ченеем и Блумбахом в Лондоне определял длину аршина, — писал потом Дмитрий Иванович в биографических заметках. — Отвезли прототипы. Симмсу и Ченею выхлопотал подарки от государя».
Эталоны веса — платино-иридиевые прототипы фунта, изготовленные начерно фирмой «Джонсон, Маттен», Менделеев передал известному лондонскому мастеру Эртлингу с тем, чтобы тот их обточил, отшлифовал и отполировал, оставив избыток веса в каждой из четырех гирь для окончательной пригонки. Работы эти были почти закончены ко времени его отъезда из Лондона, поэтому большую часть гирь Дмитрий Иванович взял уже с собою для того, чтобы труднейшую часть работы — окончательную отделку и выверку — произвести в самой палате. В Петербурге тем временем дела шли полным ходом. В феврале 1895 года из Вены были получены эталонные весы фирмы «Рупрехт» — точно такие же, какие были установлены в Международном бюро мер к весов в Париже.
Для весовой комнаты освободили одно из центральных помещений главного этажа; провели электрическое освещение от аккумуляторов, так как дневного света в таком замкнутом со всех сторон помещении не было. Благодаря массивным стенам и коридорам температура в помещении отличалась зимой и летом замечательным постоянством. Наблюдатель помещался в четырех метрах от весов за глухим теплоизолирующим экраном, в котором были сделаны отверстия для штанг, зрительных труб и шкал, уплотненные замшей. Гири устанавливались на чашках весов с помощью длинных штанг. Окончательное взвешивание производилось каждый раз лишь на другой день после установки гирь на чашках весов. Одновременно с помощью зрительных труб считывались показания точного термометра, психрометра и барометра, необходимые для вычислении удельного веса воздуха при приведении веса гирь к пустоте.
В результате точность взвешивания в палате в 1895 году достигла рекордной величины — тысячных долей миллиграмма при весе в 1 килограмм. Чтобы наглядно представить себе, что означает такая точность, Дмитрий Иванович приводил такой пример: при взвешивании 1 миллиона рублей в золотых монетах погрешность составила бы всего одну десятую долю копейки. «Такая погоня за всею возможною точностью может с первого взгляда показаться преувеличенною и в некоторой степени излишнею, — писал Менделеев. — При этом мы должны обратить внимание на следующее: прототип фунта употребляется лишь для выверки основных копий. С этими основными копиями сличаются рабочие копии для Главной Палаты мер и весов; с этими последними копии первого разряда для поверочных палаток торговых мер и весов, с перворазрядными копиями сличаются копии второразрядные и, наконец, с последними уже обиходные торговые меры. При такой цепи сличений, ошибка исходного прототипа может суммироваться и повлечь за собою уже заметную погрешность даже и в торговых мерах, тем более что и погрешность взвешивания по мере удаления от прототипа увеличивается примерно раз в пять при каждом переходе».
Достижения Главной Палаты в области сверхточного взвешивания основывались на знаменитом менделеевском исследовании колебания весов. Чисто метрологическая задача побудила его взяться за изучение этого вопроса. И оказалось, что в трудах даже выдающихся механикой содержится множество принятых на веру мнений. Рассеять эти заблуждения ему удалось замечательным экспериментальным исследованием «О колебании весов», о котором он с гордостью писал: «Много я тут работал и вложил души…»
В том же 1895 году, находясь в Петербурге, Ф. Блумбах, разговаривая по телефону, услышал ясно доносившееся откуда-то тиканье часов. Ему не составило особого труда найти причину этого явления: он понял, что телеграфная линия, по которой передавались сигналы из Пулкова, идет параллельно с телефонными проводами и прерывистые токи индуцируют точно такие же сигналы и в телефонной сети. Блумбах не замедлил поделиться с коллегами своим открытием — своеобразной службой времени, сигналы которой можно принимать по любому телефону. И возможно, именно этот эпизод навел Дмитрия Ивановича на мысль создать эталонную лабораторию времени, задача которой состояла бы в воспроизводстве третьей основной физической единицы — секунды.
«Я считаю необходимым… во вверенном мне учреждении содействовать изучению… теоретической стороны предмета, так как общеизвестно, что практическая сторона предмета находится в коренной зависимости от теоретических сведений, к ним относящихся». Решив руководствоваться этим принципом, Дмитрий Иванович снова и снова убеждался: измерить или взвесить какой-нибудь предмет с высокой точностью невозможно без привлечения едва ли не всех отраслей физики и математики. Казалось бы, какие уж там теоретические трудности могут быть во взвешивании: положим на весы груз, уравновесим его гирями. Но как все усложняется, когда речь идет о сверхточном взвешивании. Вот наблюдатель подошел к весам, и излучаемая им теплота, неравномерно нагрев коромысло, незримо искривила его. Вот наблюдатель положил на чашки груз и гири — и коромысло, деформировавшись, стало уже совсем не таким, каким его считают. Вот измеритель забыл записать показания барометра — и все его измерения пошли насмарку: выталкивающая сила воздуха, действующая на груз, уже не поддается учету. Вот почему для сверхточного взвешивания мало купить сверхточные весы, но надо еще купить или изготовить сверхточные термометры, барометры, психрометры и газоанализаторы. Мало освоить и изучить все самому, но надо еще найти, обучить, привить вкус к метрологии десяткам других людей. А это не просто.
В 1892 году, когда Менделеев возглавил Депо образцовых мер и весов, весь штат этого учреждения состоял из трех человек: ученого хранителя, его помощника и смотрителя здания. К 1895 году количество штатных служащих перевалило за десять, а объем работ продолжал нарастать с такой быстротой, что старое здание, построенное в 1879 году, не могло уже вместить всех служб. Поэтому в 1896 году министерство финансов отпустило средства на постройку рядом со старым нового просторного здания с башней для астрономической обсерватории. В 1897 году здание было построено, и Дмитрий Иванович с семьей переехал в казенную квартиру при Главной Палате на Забалканском проспекте.
К 1899 году фундаментальные работы по возобновлению прототипов были в основном завершены, и в деятельности Главной Палаты мер и весов начался второй период — приведение в единообразие всех мер и весов, обращающихся в стране. «Трудно в немногих словах изобразить то печальное состояние, в котором находятся меры и весы в России», — писал предшественник Менделеева на посту ученого хранителя генерал В. Глухов. И действительно, свинец, камни, песок применялись при взвешивании повсеместно. В некоторых городах для клеймения мер использовали гири двадцатилетней давности, утратившие свою истинную массу. Во многих губерниях клейма накладывались на приносимые купцами гири и аршины без всякой проверки. Поэтому хранителями образцовых мер и весов могли быть ученые с мировыми именами, их исследования могли всюду почитаться за образцы метрологической науки, но все это не имело ни малейшего влияния на состояние мер и весов в гигантском теле России. Требовался механизм, связывающий воедино центральное метрологическое учреждение страны с его высочайшими идеалами точности и добросовестности и каждую торговую и промышленную клеточку народнохозяйственного организма. И знаменитое Положение о мерах и весах, утвержденное 4 июля 1899 года, как раз и узаконило создание такой системы.
