09.08.2017

„Jak powstały jednostki, którymi dziś mierzymy?” – felieton


Prof. Ryszard Tadeusiewicz, Gazeta Krakowska, 9.08.2017 r.

Wakacje to czas, kiedy nareszcie możemy spokojnie pomyśleć. Na przykład o tym, jak mierzymy różne rzeczy i skąd się wzięły jednostki miar?

Dzisiaj zajmiemy się pomiarami odległości. Za tydzień zaproszę Państwa do felietonu poświęconego pomiarom czasu. Muszę tak zrobić, bo miejsce, które mam prawo zająć w Gazecie, jest ściśle odmierzone i nie mogę go przekroczyć! 

Wybrałem pomiary odległości i czasu, bo mamy wakacje, więc możemy myśleć o odległych miejscach, które odwiedzimy a także o czasie, jaki będzie nam dane tam spędzić :-) 

No to zaczynamy:

Odległości i długości ludzie próbowali oszacować, odkąd zaczęli myśleć. Podział przedmiotów na małe i duże jest chyba najbardziej podstawowym z możliwych, a podział celów podróży na dalekie i bliskie też jest czymś fundamentalnym. Ale jak wyrazić te pojęcia precyzyjnie, podając ich wartości w formie liczbowej

Niezbędna jest do tego jednostka: przyjęta umownie długość, którą będziemy wyrażali liczbą 1. Większe długości określimy podając, ile takich jednostek trzeba wziąć, żeby pokryć nimi rozważaną długość. Mniejsze – jaki ułamek długości jednostki stanowi długość tego małego przedmiotu, który nas interesuje. 

Koncepcyjnie sprawa jest prosta – ale jaka ma być ta jednostka długości

Na początku używano jednostek związanych z budową ciała człowieka. Były to na przykład łokcie i stopy – ale zaraz powstało pytanie: czyje to mają być łokcie i czyje stopy? Bo przecież stopa stopie nie równa... Nie uzgodniono tego nigdy do końca, dlatego inną długość ma stopa angielska, inną duńska, inną niemiecka, itd. Nawet w Polsce funkcjonowała inna stopa warszawska i inna krakowska!

Porządek z miarami długości zrobili Francuzi w 1790 roku. Stopę każdy ma inną, ale kulę ziemską mamy jedną. Jeśli więc zmierzymy obwód tej kuli – to określony ułamek tego obwodu można przyjąć za jednostkę długości, która będzie taka sama na całym świecie. Zmierzono więc długość południka przechodzącego przez Paryż (ten pomiar był też naukową przygodą, ale opowiem o niej innym razem) i założono, że jedna czwarta długości tego południka, czyli odległość od równika do bieguna, będzie podstawą mierzenia wszelkich długości i odległości. 

Ziemia jest jednak bardzo duża, więc jako wzorzec jednostki długości przyjęto jedną dziesięciomilionową część tej podstawy – i tę jednostkę nazwano metrem. Żeby nie trzeba było za każdym razem mierzyć obwodu Ziemi – wykonano wzorzec metra w postaci sztaby z irydo-platyny,  na której wyryto kreski odległe od siebie dokładnie o jeden metr. Ten wzorzec w 1799 zdeponowano w Sevres pod Paryżem i odtąd można było z nim porównywać (w razie potrzeby używając nawet mikroskopu!) wszystkie urządzenia służące do pomiarów długości. 

Metr jako jednostka długości przyjął się i używamy go do dziś. Natomiast po 200 latach używania „zdetronizowano” platynowy wzorzec metra z Sevres i w 1999 roku zdefiniowano nowy wzorzec (oczywiście o dokładnie tej samej długości) oparty na prędkości rozchodzenia się światła. Tysiąc razy dokładniejszy!