Историята на метъра

Въпреки че днес я имаме за даденост, универсалната мерна единица метър всъщност е невероятно нещо. Тя позволява на учени, разделени по култура, език, раса и хиляди километри разстояние, да работят заедно по задачи и проблеми, все едно са един до друг. И така, как се появява метърът?

Преди да го обсъдим, важно е да разберем какво всъщност представлява той. Преди него, европейските стандартни (малко или много) единици за мерене е ярдът и инчът. Въпреки че днес има международно установена точна дължина за 1 инч, преди няколкостотин години тази дължина в известна степен варира.

Например, в продължение на стотици години официалното определение на инча е следното:

Три зрънца ечемик, изсушени и кръгли, поставени едно до друго, по дължина.

На някои места 1 инч пък е равен на комбинираната дължина на 12 макови семена… Както пише в книгата „Ръководство на Британия за числата и измерванията“, горното определение е въведено по време на управлението на крал Едуард II през 14 век. Известно е обаче, че ечемичните зърна са били стандартна мерна единица в продължение на стотици години.

Също така, още по-рано, през 1150 г., крал Дейвид от Шотландия обявява „широчината на палеца на човек“ за стандартна мерна единица, която като много от останалите мерки, макар и видимо практична, е и доста глупава, ако търсите каквато и да е точност. Но въпреки крал Дейвид, ечемикът остава предпочитаната из цяла Англия мерна единица в продължение на стотици години.

Ечемик

Удивително, но общоприетата стойност за инча не се приема в световен мащаб чак до 1 юли 1959 г., след като по-рано, през февруари, няколко държави колективно не подписват Международното споразумение за ярда и паунда. В това споразумение страните, включително САЩ, Канада, Великобритания, Южна Африка, Нова Зеландия и Австралия, решават 1 инч официално да бъде дефиниран като 25,4 милиметра.

И така, какво направи метричните единици толкова точни, че да са за предпочитане да дефинират дължината на инча пред зърната ечемик? Това, което ги прави предпочитани, е че метърът е извлечен от нещо, което всеки по Земята може да използва за справка – самата Земя.

Идеята за въвеждането на метъра като мерна единица се появява за първи път по време на Френската революция. Като пример за това колко необходима е общоприетата единица, според Кен Адлер, автор на „Мярката на всички неща: Седемгодишната одисея, която промени света“, има около 250 000 различни мерки и теглилки в употреба във Франция по това време.

Превземане на Бастилията, 14 юли 1789 г., художник: Жан-Пиер Уе

Първоначално са предложени два метода за създаване на стандартизирана мерна единица: първият е с махало, което изминава половината си период за 1 секунда. Другата идея е да се намери дължината на един квадрант от земния меридиан и да се раздели на 10 милиона.

Френската академия на науките избра втората идея поради факта, че гравитацията може да варира макар и леко в зависимост от това къде се намирате на Земята, което би повлияло на люлеенето на махалото, което ще направи универсалността на стандарта невъзможна.

Но въпреки че методът за получаване на единицата е договорен през 1791 г., точният размер на един квадрант от земния меридиан по това време не е бил известен. За да го открият, двама знаменити френски астрономи от онова време, Пиер Мешен и Жан-Батист Жозеф, тръгват от Париж в две противоположни посоки, за да определят дължината на земния меридиан между Дюнкерк и Барселона.

Работата на двамата мъже, която би трябвало да отнеме малко повече от година, всъщност приключва след 7 години – откъдето идва и заглавието на споменатата по-горе книга на Кен Адлер. Защо отнема толкова много? Всъщност заради доста причини, най-малката от които беше, че те често са арестувани по време на пътуванията си – опитвайки се да вършат изследванията си, по презумпция изглеждат подозрителни за властите по време на Френската революция.

В крайна сметка двамата правят необходимите измервания, но възникна проблем – Мешен допуска малка, но въпреки това значителна грешка много рано в процеса на картографиране на меридиана, която е открита чак по-късно. Той не успява да вземе предвид, че въртенето на Земята я прави с нееднородна форма. В резултат това измерванията му са грешни, макар и със съвсем малко. Тази грешка обаче ще излезе скъпа на Мешен, защото докато пътува наново за нови измервания, за да я поправи няколко години по-късно, той се разболява от жълта треска и умра.

В крайна сметка грешката му довежда до това първият метър да е неточен с приблизително 1/5 от милиметъра.

Докато двойката обаче обикаля из цяла Европа, за да прави изчисленията си, французите все пак се нуждаеха от нещо, по което да клибрира метъра, и затова те правят няколко платинени пръти с дължина „1 метър“ на базата на по-ранни и по-малко точни изчисления. Когато двойката се връща и през 1799 г. вече се дефинира точната (почти) дължина за метъра, прътът, който е най-близо до този резултат, е поставен в трезор и става официалният стандарт за дължината на метъра. По-късно същата година, така наречената метрична система се разпространява в цяла Франция.

Този платинен прът, известен като mètre des Archives, всъщност беше използван буквална като линийка, към която всички други измервателни уреди са калибрирани в продължение на няколко години. Въпреки това, върху научната общност бързо се оказва натиск да намери по-ефективен, лесно възпроизведим метод за определяне дължината на метъра, тъй като все повече и повече страни започват да прилагат метричната система.

В края на краищата, метърните пръчки, който са изготвяни от метал по оригиналната платинена, са били податливи както към повреди, така към стандартно износване, което води, разбира се, до една несигурност тази метална мярка същата дължина ли е, не е ли, което пък забавя или напълно спира световния научен прогрес.

За да се разреши този проблем и за да може всеки да бъде уреден универсален стандарт за мерната единица, представители на над двадесет страни бяха поканени в Париж да се включат към Международната комисия за метъра. Тези представители се срещат няколко пъти от 1870 до 1872 г. и вземат решение за изливането на няколко нови „метрични прототипа“, изработени от 90% платина и 10% иридий, които ще се превърнат в новия стандарт, по който всички ще сее водят.

С течение на времето ние ставаме малко по-взискателни към процеса на дефиниране на метъра. От 1960 г. официалното определение се променя на:

… Дължината на метъра е равна на 1650 763,73 дължини на вълната във вакуум на излъчването при прехода между нивата 2p10 и 5d5 на криптон 86 атом.

То остава само до 1983 г., когато дефиницията за метър отново се променя, тъй като технологията за измерване продължава да се усъвършенства.

…

Днес измерването на метър вече е стигнало пълен кръг като се връща към първоначалната предложение за дефинирането му да се използване време, макар че този път се ползва малко по-сложна технология от махалото. По-конкретно, метърът е определен като точно:

Дължината на пътя, изминат от светлина във вакуум, във времевия интервал от 1/299 792 458 от секундата.

Това е цифрата, за която е постигнато всеобщо съгласие, след като учените я измерват, използвайки нещо, което всеки добър учен трябва да включи в опитите си за максимум ефект – лазери.

Каква е разликата между съвременната дължина и тази от измервания на Мешен и Жозеф? Оказва се, че техният метър се различава от модерния само с половин милиметър.