Galileo, Krypton, và Hành trình Tạo nên Mét Chính Xác và Đúng Đắn

Năm 1582, Galileo phát hiện điều gì đó khá bình thường. Điều này có thể là huyền thoại hoặc không: Khi ngồi trong ghế ngồi của mình trong nhà thờ ở Pisa, ông quan sát chiếc đèn trên hành lang đang dao động qua lại, và làm điều đó với một tần suất đều đặn. Ông thử nghiệm với một con lắc và phát hiện ra rằng tần suất dao động không phụ thuộc vào trọng lượng của búa lắc, mà phụ thuộc vào chiều dài của búa lắc chính nó. Chiều dài càng dài, thì khoảng thời gian dao động càng chậm và lười biếng. Một búa lắc ngắn sẽ dẫn đến một âm thanh nhấp nhô nhanh hơn. Nhờ vào quan sát đơn giản của Galileo, chiều dài và thời gian được liên kết - một liên kết làm cho việc có thể suy ra chiều dài không chỉ từ kích thước của các chiều và khớp nối, mà còn là từ quan sát cho đến nay hoàn toàn không ngờ về thời gian trôi qua.

Một thế kỷ sau, một linh mục người Anh, John Wilkins, đề xuất sử dụng phát hiện của Galileo để tạo ra một đơn vị cơ bản hoàn toàn mới, mà không liên quan đến đơn vị truyền thống của Anh vào thời điểm đó, đó là một que được công nhận chính thức có độ dài bằng yard. Trong một bài báo được xuất bản vào năm 1668, Wilkins đơn giản đề xuất tạo ra một con lắc có nhịp chính xác là một giây - và sau đó, bất kỳ chiều dài nào của búa lắc kết quả sẽ trở thành đơn vị mới. Ông đưa ý tưởng của mình thêm xa: một đơn vị thể tích có thể được tạo ra từ chiều dài này; và một đơn vị khối lượng có thể được tạo ra bằng cách lấp đầy thể tích kết quả với nước cất. Tất cả ba đơn vị mới được đề xuất này, về chiều dài, thể tích và khối lượng, sau đó có thể được chia hoặc nhân cho 10 - một đề xuất khiến Linh mục Wilkins, ít nhất là theo danh nghĩa, trở thành người phát minh ra ý tưởng về hệ thống đo lường theo hệ mét. Lấy làm tiếc, ủy ban được thành lập để điều tra kế hoạch của nhân vật đặc biệt này¹ không báo cáo, và đề xuất của ông rơi vào lãng quên.

Ngoại trừ một khía cạnh của đề xuất của Wilkins đã gây ấn tượng - tuy nhiên là một thế kỷ sau đó - qua eo biển La Mã ở Paris, và với sự ủng hộ của quan chức và nhà ngoại giao mạnh mẽ Charles Maurice de Talleyrand-Périgord. Đề xuất chính thức, mà Talleyrand đưa ra Quốc hội hai năm sau Cách mạng Pháp vào năm 1791, hoàn toàn làm trùng với ý kiến của Wilkins, chỉ là raffinée chúng đến mức rằng búa lắc với nhịp một giây sẽ treo tại một vị trí đã biết trên vĩ độ 45 độ bắc. (Trường hợp trọng lực khác nhau làm cho búa lắc hoạt động theo các cách khác nhau; giữ ở một vĩ độ sẽ giúp giảm thiểu vấn đề đó.)

Nhưng đề xuất của Talleyrand đã gặp phải sự phấn khích hậu cách mạng của thời đại. Lịch Cộng hòa đã được giới thiệu bởi một số người nổi loạn của thời đại, và trong một khoảng thời gian ngắn Pháp đã bị áp đảo bởi một sự nhầm lẫn điên đảo của các tháng mới mang tên (Fructidor, Pluviôse, và Vendémiaire trong số đó), tuần 10 ngày (bắt đầu vào primidi và kết thúc vào décadi), và ngày 10 giờ - mỗi giờ được chia thành 100 phút và mỗi phút được chia thành 100 giây. Vì giây đề xuất của Talleyrand không khớp với Giây Cách mạng (là 13,6% ngắn hơn so với giây thông thường của Ancien Régime), Quốc hội, bị áp đảo bởi chủ nghĩa mới, đã từ chối ý tưởng này một cách toàn bộ.

Mất hơn hai thế kỷ trôi qua trước khi sự quan trọng cơ bản của giây được fully chấp nhận. Hiện tại, trong tâm trí của các nhà lập pháp Pháp thế kỷ 18, chiều dài là một khái niệm đáng kể hơn so với thời gian.

Vì bỏ qua Talleyrand, họ quay sang một ý tưởng khác, hoàn toàn mới, được liên kết với một khía cạnh tự nhiên của Trái đất, và theo quan điểm của họ, nó phù hợp hơn với tinh thần cách mạng. Hoặc là meridian của Trái đất hoặc đường xích đạo của nó nên được đo đạc, họ nói, và chia thành 40 triệu phần bằng nhau, với mỗi phần này là đơn vị đo lường cơ bản mới của chiều dài. Sau một số tranh cãi quyết liệt, các nghị sĩ đã lựa chọn meridian, một phần vì nó đi qua Paris; sau đó, họ ban hành nghị quyết để làm cho dự án dễ quản lý hơn rằng meridian sẽ không được đo đạc toàn bộ, mà chỉ là một phần tư của nó chạy từ Cực Bắc đến đường xích đạo - một phần tư đường quanh, nói cách khác. Phần này sau đó sẽ được chia thành 10 triệu phần - với chiều dài của phần phân số sau đó được đặt tên là mét (từ danh từ tiếng Hy Lạp μέτρον, một đơn vị đo lường).

Một cuộc khảo sát lớn ngay lập tức được ủy nhiệm bởi Quốc hội Pháp để xác định chiều dài chính xác của meridian đã được chọn - hoặc một phần mười của nó, một cung chủ nhật khoảng 9 độ (một phần mười của 90 độ của một phần tư meridian), và sử dụng đo lường hiện đại, có thể dài khoảng 1.000 km. Nó sẽ bắt buộc phải được đo bằng các đơn vị đo lường của Pháp thế kỷ 18: toise (khoảng 6 feet dài), chia thành 6 piedsduroi, mỗi pied chia thành 12 pouces, và những cái này lại được chia thành 12 lignes. Nhưng những đơn vị này không có ý nghĩa - vì tất cả những điều quan trọng là chiều dài tổng cộng được biết đến và sau đó được chia cho 10 triệu - với bất kỳ kết quả nào là đo lường mà người ta đang mong đợi, một sự sáng tạo của Pháp để cuối cùng làm quà tặng cho thế giới.

Đường dẫn của cuộc khảo sát được đề xuất chạy từ Dunkirk ở phía bắc đến Barcelona ở phía nam, mỗi thành phố cảng rõ ràng ở mực nước biển. Vì cung chủ nhật 9 độ này nằm ở giữa meridian - Dunkirk ở 51 độ bắc và Barcelona ở 41 độ bắc, với trung điểm ở 46 độ bắc là làng Saint-Médard-de-Guizières ở Gironde - cho nên nghĩ rằng có thể thấy rõ tính chất phẳng của hình dạng Trái đất, cái béo mà làm cho nó giống hơn một quả cam hơn là một quả bóng đá, sẽ dễ dàng nhất và vì vậy làm cho việc đối phó với tính toán dễ dàng hơn. (Để xác nhận thêm hình dạng của Trái đất, Viện Hàn lâm Khoa học Pháp đã gửi ra hai cuộc thám hiểm khác nhau, một đến Peru và một đến Lapland, để xem một độ vĩ cao là bao lâu. Tất cả đã xác nhận hình dạng cam mà Isaac Newton đã dự đoán cách đây vài thế kỷ.)

Câu chuyện về sự tam giác hóa meridian ở Pháp và Tây Ban Nha, được thực hiện bởi Pierre Méchain và Jean-Baptiste Delambre trong suốt sáu năm hỗn loạn trong giai đoạn khủng bố sau cách mạng, là chủ đề của cuộc phiêu lưu hùng vĩ. Trong nhiều trường hợp, bộ đôi này thoát khỏi những cuộc bạo loạn lớn (nhưng không thoát khỏi thời gian tù) chỉ với sự hồi phục của răng. Câu chuyện này cũng nằm ngoài phạm vi của bài viết này, vì điều quan trọng đối với kỹ sư chính xác của tương lai - và với các kỹ sư trên toàn thế giới, vì cuộc khảo sát đáng chú ý đó đã dẫn đến việc thiết lập hệ thống đo lường theo hệ mét vẫn được sử dụng cho đến ngày nay - là những gì người Pháp đã làm sau khi có kết quả của cuộc khảo sát.

Kết quả cuộc khảo sát được công bố vào tháng 4 năm 1799. Chiều dài của phần tư meridian được tính toán từ các kết quả khảo sát tương lai là 5.130.740 toise. Tất cả những gì cần là cắt hoặc đúc thanh và thanh có kích thước là 1/10 triệu của con số đó - 0.5130740 toise, nói cách khác. Từ đó, chiều dài đó sẽ là đơn vị đo lường tiêu chuẩn - mét tiêu chuẩn - của Pháp sau cách mạng.

Các ủy viên sau đó đã yêu cầu chiều dài này được đúc từ platinum, như cái được biết đến là một étalon - một tiêu chuẩn. Một người thợ kim hoàng cung tên là Marc Étienne Janety đã được chọn để làm nó, và đã được gọi trở lại từ Marseille, nơi ông đã trú ẩn tránh khỏi những phản đối quá mức của kỳ khủng bố. Kết quả của công việc của ông tồn tại đến ngày nay - Mét của Quốc lưu trữ, một thanh platinum thuần chất có chiều rộng 25 milimet và độ sâu 4 milimet, và chính xác, chính xác, 1 mét chiều dài. Ngày 22 tháng 6 năm 1799, mét này đã được chính thức trình bày trước Quốc hội.

Nhưng đó không phải là tất cả: Ngoài thanh platinum là mét, sau đó còn đi kèm một vài tháng sau là một trụ platinum thuần chất, được giải thích là étalon của khối lượng, kilogram. Janety đã làm cái này nữa, cũng từ platinum, cao 39 milimet, đường kính 39 milimet, được lưu trữ trong một hộp octagon gọn gàng với nhãn tuyên bố, chi tiết lịch Napoleonic tốt, “Kilogramme Conforme à la loi du 18 Germinal An 3, présenté le 4 Messidor An 7.”

Hai thuộc tính của chiều dài và khối lượng giờ đây đã được kết nối một cách không thể tách rời và không thể xóa bỏ. Vì một khi tiêu chuẩn chiều dài đã được xác định, để chiều dài có thể được sử dụng để xác định một thể tích, và sử dụng một vật liệu tiêu chuẩn để điền vào thể tích đó, một khối lượng cũng có thể được xác định.² Và do đó ở Paris vào cuối thế kỷ 18 mệt mỏi, quyết định tạo ra một tiêu chuẩn mới cho khối lượng dựa trên một công thức của sự đơn giản tinh tế. Một phần mười của mét được trình bày mới - và kỹ thuật một decimeter - có thể được đặt làm cạnh của một hình lập phương chế tác chính xác. Hình lập phương decimeter này sẽ được gọi là một đơn vị litre, và nó sẽ được chế tác chính xác nhất có thể từ thép hoặc bạc. Sau đó, nó sẽ được đổ đầy hoàn toàn bằng nước cất sạch và nước được giữ càng gần càng tốt với nhiệt độ 4 độ Celsius, nhiệt độ mà mật độ của nước là ổn định nhất. Thể tích kết quả, 1 lít nước cụ thể này, sau đó sẽ được xác định có khối lượng là 1 kilogram.

Vật phẩm platinum được thợ kim hoàng Janety tạo ra đã được đúc đúng cách và điều chỉnh cho đến khi nó chính xác cân bằng trọng lượng của hình lập phương decimeter nước đó. Và vật phẩm platinum này - nhỏ rất nhiều so với nước, tất nhiên, vì platinum có mật độ cao hơn nhiều, theo hệ số gần 22 - từ ngày 10 tháng 12 năm 1799 về sau, sẽ là kilogram. Kilogram của Quốc lưu trữ và Mét của Quốc lưu trữ, từ đó kilogram đã được xác định, vì vậy là cơ bản mới của những gì sẽ sớm là một trật tự thế giới mới về trọng lượng và đo lường. Hệ thống đo lường theo hệ mét giờ đây đã chính thức ra đời.

Hai biểu tượng của sự thành lập này vẫn tồn tại, trong một két an toàn thép sâu bên trong Quốc lưu trữ Quốc gia Pháp ở Marais, trung tâm Paris. Một cái nằm trong một hộp đen hình tám cạnh bằng da, cái kia trong một hộp da mảnh và dài mảnh màu nâu đỏ.

Ngoại trừ điều này - và đây là một đặc điểm không thay đổi trong vũ trụ của đo lường - cuối cùng những vật phẩm tuyệt vời này đã được phát hiện là không đủ.

Nhiều năm sau khi chúng đã được tạo ra, đường meridian mà chúng dựa trên đã được tái khảo sát, và làm nhiều người thất vọng và thất vọng rộng rãi khi phát hiện ra rằng có sai số trong cuộc khảo sát thế kỷ 18 sáu năm của Delambre và Méchain, và tính toán chiều dài của meridian đã sai lệch. Không nhiều, nhưng đủ để chiếc Mét của Quốc lưu trữ vật lý được cho là ngắn hơn hai phần mười một milimét so với phiên bản mới tính toán. Và theo đó, nếu mét sai, thì khối mét và decimet khối và lít nước tương đương bằng platinum, mà sẽ là kilogram, cũng sẽ sai.

Do đó, một quá trình vụng trộm đã được bắt đầu để tạo ra một bộ nguyên mẫu hoàn toàn mới, sẽ hoàn hảo trong tính chính xác của họ như khoa học thế kỷ 19 cuối có thể quản lý. Mất hơn bảy thập kỷ cho cộng đồng quốc tế đồng lòng, và nhiều năm nữa để tạo ra bộ nguyên mẫu thanh và trụ cần thiết. Nhu cầu làm cho các tiêu chuẩn càng hoàn hảo càng có thể đã trở thành vấn đề của sự ám ảnh. Năm mươi đại biểu quốc tế - tất cả đều là nam, tất cả đều là người trắng, và gần như tất cả đều có râu dài - tụ tập để cuộc họp đầu tiên của Ủy ban Mét Quốc tế tại Paris vào tháng 9 năm 1872 để bắt đầu quá trình. Họ họp tại tu viện thời trung cổ của St. Martin des Champs, sau này được biến thành Conservatoire National des Arts et Métiers, một trong những kho đồ cổ học lớn nhất thế giới.³

Các quốc gia sẽ quyết định tương lai của hệ thống đo lường thế giới bao gồm tất cả những quốc gia lớn của phương Tây vào thời điểm đó - Anh, Hoa Kỳ, Nga, Áo-Hungary, Đế quốc Ottoman - nhưng một cách rõ ràng, không có Trung Quốc hoặc Nhật Bản. Những phiên của họ, và những cuộc họp liên quan của họ - đặc biệt là Hội nghị Ngoại giao về Mét, chủ yếu quan tâm đến chính sách quốc gia hơn là các khía cạnh kỹ thuật của việc tạo ra nguyên mẫu - kéo dài trong thời gian có vẻ như là một khoảng thời gian không kết thúc.

Tất cả các cuộc họp, tuy nhiên, cuối cùng sẽ dẫn đến việc ký kết vào ngày 20 tháng 5 năm 1875, Hiệp định Mét. Nó sẽ ủy thác việc thành lập BIPM, Văn phòng Quốc tế về Trọng lượng và Đo lường ngày nay, nơi mà trụ sở của nó sẽ là Pavillon de Breteuil, ngoại ô Sèvres, và nơi mà nó vẫn đang chiếm đóng cho đến ngày nay. Giữa chúng, những cơ quan này, ở các thời điểm và cách khác nhau, sẽ ủy thác việc tạo ra một bộ nguyên mẫu mới quan trọng.

Mất gần 15 năm để tạo ra bộ tiêu chuẩn quốc tế được đồng ý, để tạo ra các sản phẩm tiêu chuẩn mới, được đúc, gia công, tiện, đo, đánh bóng và đề xuất cho sự chấp thuận của thế giới. Ngày 28 tháng 9 năm 1889, một buổi lễ đã được tổ chức tại Paris để phân phối chúng.

Hai cái tốt nhất, mỗi cái đều hoàn hảo về mặt ngoại hình và chính xác về kích thước của chúng, và do đó đã được đề cử làm nguyên mẫu quốc tế, đã được chọn ngay bây giờ. Đó là Mét Quốc tế, sau này sẽ được biết đến với chữ M màu đen, và Kilogram Quốc tế - Le Grand K - được chỉ định bằng chữ cái đen K. Cả hai đối tượng hợp kim platinum-iridium này sẽ được bảo quản trong thời gian tới dưới sự an ninh nặng nề ở tầng hầm của Pavillon de Breteuil.

Tất cả những người khác sau đó, và chỉ trong ngày tháng Chín này, được trưng bày tại đài quan sát của pavillon. Các thanh kilogram nhỏ mập sáng chói dưới các lọ kính (tiêu chuẩn quốc gia dưới cặp lọ kính, IPK chính nó dưới ba), các thanh mét mảnh mắn trong các ống gỗ sau đó được bao bọc trong các ống đồng với các thiết bị đặc biệt để giữ cho chúng an toàn trong khi di chuyển.

Chứng chỉ xuất xứ đã được khắc trên giấy Nhật Bản nặng của nhà in nổi tiếng ở Paris, Stern. Mỗi chứng chỉ này có một công thức cụ thể mô tả tính chất của cơ thể nó đi kèm: Ví dụ, trụ platinum-iridium số 39 có chú thích “46.402mL 1kg - 0.118mg,” có nghĩa là trụ có dung tích là 46.402 mililit và nhẹ hơn 1 kilogram 0.118 miligam. Chứng chỉ cho các thanh mét phức tạp hơn một chút: Ví dụ, một trong những thanh mét được ghi là “1m + 6μ.0 + 8μ.664T + 0μ.00100T2,” có nghĩa là ở 0 độ Celsius nó dài hơn 1 mét 6 micromet, và ở 1 độ Celsius, chiều dài của nó sẽ lớn hơn một chút hơn 8.665 micromet.

Ba lọ đựng trên đài trong căn phòng, và các quan chức đã đặt vào mỗi lọ những tờ giấy chứa số của các tiêu chuẩn còn lại—chúng sẽ được phân phối cho các quốc gia thành viên thông qua xổ số.

Vì vậy vào buổi chiều trưa của ngày thứ Bảy thuận lợi đó, thế giới sắp xếp hàng như đang đấu giá để nhận phân phối vé mùa thể thao. Các quan chức hô tên của các quốc gia, theo thứ tự bảng chữ cái, bằng tiếng Pháp—Allemagne là đầu tiên, Suisse là cuối cùng. Việc rút thăm kéo dài một giờ. Khi mọi thứ kết thúc, Hoa Kỳ đã nhận được Kilogram 4 và 20, và Mét 21 và 27.⁴ Anh đã có được Mét 16 và Kilogram 18; Nhật Bản (lúc này đã ký hiệp ước năm 1875),⁵ Mét 22 và Kilogram 6.

Kết thúc ngày, các đại biểu rời Paris với những phần thưởng vô giá của họ—tất cả đều được đóng gói trong các hộp (kilogram được tháo khỏi lọ của chúng để di chuyển), và tất cả các hóa đơn đã được thanh toán. Chúng không nhỏ: Chi phí của một mét platinum-iridium là 10,151 franc; kilogram là một thương vụ so sánh với 3,105 franc. Trong vài ngày hoặc vài tuần (người Nhật đưa lại bằng tàu), các tiêu chuẩn mới đã an toàn tại các viện đo lường đã được thành lập ở thủ đô trên khắp thế giới. Chúng được giữ an toàn và nguyên vẹn—mặc dù không có chỗ nào an toàn và nguyên vẹn như Mô hình Quốc tế M và K, nay sẽ được đưa xuống tầng hầm và chìm vào bóng tối vĩnh cửu, không thể so sánh, chính xác và tuyệt vời đến kỳ diệu. Trong các két sắt gần đó là sáu thanh gọi là témoins—thanh chứng kiến, sẽ thường xuyên được so sánh với các bản gốc. Những thanh này cũng sẽ duy trì độ chính xác và vô hiệu mãi mãi.

Ngoại trừ, không hoàn toàn, không nhanh chóng như vậy. Những người giám sát cơ bản của đo lường đã được giao nhiệm vụ của sự thấu hiểu vĩnh cửu, luôn tìm kiếm các tiêu chuẩn tốt hơn những tiêu chuẩn này. Và cuối cùng họ đã tìm thấy một điều đó thật sự.

Những gợi ý đầu tiên rằng có thể có một hệ thống tốt hơn đã đến một vài năm trước, vào năm 1870, lâu trước khi những vật phong thủy platinum này được đưa vào hình dạng và kích thước cuối cùng của chúng. Nhà vật lý người Scotland, James Clerk Maxwell, tại cuộc họp hàng năm của Hiệp hội Nâng cao Khoa học ở Liverpool, đã có một bài diễn thảo đã đảo lộn mọi thứ đã được làm. Những lời của ông vẫn vang vọng trong tai của những người đo lường trên khắp thế giới. Ông nhắc nhở người nghe rằng đo lường hiện đại đã bắt đầu với sự khảo sát và sau đó là sự khảo sát lại của méridien Pháp, và xuất phát từ các kết quả là các đơn vị đo lường theo hệ mét:

Tuy nhiên, sau tất cả, kích thước của Trái đất chúng ta và thời gian quay của nó, mặc dù so với phương tiện so sánh hiện nay, [là] rất vĩnh cửu, [chúng] không phải là như vậy theo không phải là sự cần thiết về mặt vật lý. Trái đất có thể co lại do làm lạnh, hoặc có thể mở rộng do một lớp thiên thạch rơi vào, hoặc tốc độ quay có thể chậm rãi giảm, và vẫn sẽ tiếp tục là một hành tinh như trước. Nhưng một phân tử, ví dụ, của hydro, nếu hoặc khối lượng của nó hoặc thời gian dao động của nó bị thay đổi một chút, sẽ không còn là một phân tử của hydro.

Nếu, vậy, chúng ta muốn đạt được các tiêu chuẩn về chiều dài, thời gian và khối lượng mà sẽ hoàn toàn vĩnh cửu, chúng ta phải tìm kiếm chúng không phải trong kích thước, hoặc chuyển động, hoặc khối lượng của hành tinh của chúng ta, mà là trong bước sóng, chu kỳ dao động và khối lượng tuyệt đối của những phân tử bất diệt và không thay đổi và hoàn toàn giống nhau này.

Những gì Maxwell đã làm là thách thức cơ sở khoa học cho tất cả các hệ thống đo lường cho đến thời điểm đó. Lâu nay đã rõ ràng rằng một hệ thống dựa trên kích thước của cơ thể người—đầu ngón tay, cánh tay, bước đi, và vân vân—đã không đáng tin cậy, chủ quan, biến đổi và vô ích. Bây giờ Maxwell đang gợi ý rằng các tiêu chuẩn trước đây được cho là đáng tin cậy, như phân khúc của một phần tư của méridien Trái đất, hoặc sự dao động của một con lắc hoặc chiều dài của một ngày, cũng không nhất thiết là ổn định có ích. Điều duy nhất vững chắc trong tự nhiên, ông tuyên bố, có thể được tìm thấy ở mức cơ bản, nguyên tử.

Đến thời điểm này, tiến triển khoa học đang tạo ra cửa sổ vào nguyên tử, để lộ cấu trúc và tính chất trước đây chưa từng được mơ ước. Những cấu trúc và tính chất này mà theo bản chất của chúng thực sự và vĩnh cửu không biến đổi, Maxwell đang nói, nên tiếp theo sẽ được sử dụng như là tiêu chuẩn mà tất cả mọi thứ khác nên được đo lường. Làm khác là đơn giản là phi lý. Tự nhiên cơ bản sở hữu các tiêu chuẩn tốt nhất—thậm chí là duy nhất, trên thực tế—vậy tại sao không sử dụng chúng?

Đó là bước sóng của ánh sáng là nguyên tố nguyên tử đầu tiên được sử dụng để cố gắng xác định tiêu chuẩn đo lường chiều dài, mét. Ánh sáng, sau tất cả, là một dạng của bức xạ gây ra bởi sự kích thích của nguyên tử—kích thích gây ra electron của chúng nhảy xuống từ một trạng thái năng lượng này sang một trạng thái khác. Các nguyên tử khác nhau tạo ra ánh sáng có bước sóng và màu sắc khác nhau, và do đó tạo ra các dải khác nhau và có thể xác định trên một máy quang phổ.

Mất thêm một trăm năm nữa để thuyết phục cộng đồng quốc tế về sự khôn ngoan của việc liên kết độ dài với ánh sáng và bước sóng của nó. Đối với những người già trước kia cai trị thế giới, việc bỏ bê những sự chắc chắn của Trái đất để quan sát hành vi của ánh sáng giống như việc tin rằng các lục địa có thể di chuyển—một ý tưởng đơn giản là hoang đường. Nhưng giống như vào năm 1965, khi lý thuyết về địa chất biển được đưa ra lần đầu tiên và sự dịch chuyển lục địa đột nhiên trở nên rõ ràng, một hiện thực được ẩn sau lớp màn, điều đó trở nên giống nhau trong đo lường đo lường cũng như đã từng xảy ra trong địa chất. Ý tưởng sử dụng nguyên tử và bước sóng của ánh sáng mà chúng có thể phát ra như một tiêu chuẩn để đo lường mọi thứ đã nảy vào đúng vị trí trong một khoảnh khắc đột ngột của ý thức hợp lý.

Đó là một thiên tài người Massachusetts thế kỷ 19 muộn tên là Charles Sanders Peirce người đã có khoảnh khắc đó, người đầu tiên liên kết cả hai với nhau. Ít người đàn ông của thế hệ ông có thể thông minh hơn—hoặc làm phát điên người khác một cách điên rồ. Ông là nhiều thứ: nhà toán học, triết gia, người khảo sát, nhà logic học và kẻ ngoại tình với tỉ lệ anh hùng, cũng như là người đàn ông tàn tật với đau đớn (vấn đề về thần kinh khuôn mặt), bệnh tâm thần (rất có thể là rối loạn nhịp cảm xúc nặng), và không khả năng sâu sắc để kiểm soát sự tức giận của mình. Ở mặt tích cực của biên bản: Ông có thể đứng trước một bảng đen và viết một lý thuyết toán học với tay phải ở bên phải và đồng thời viết giải pháp của nó với tay trái ở bên trái. Ở mặt tiêu cực: Ông từng bị đơn kiện bởi đầu bếp của mình vì đánh cô ấy bằng một viên gạch. Ông uống rượu. Ông uống thuốc láo. Ông đã kết hôn nhiều lần, và là người ngoại tình bệnh học.

Nhưng chính là Peirce người vào năm 1877 đầu tiên đã lấy một nguồn sáng natri vàng thuần túy và cố gắng hết sức mình để đo lường—bằng mét, qua đó thiết lập liên kết chiều dài giữa ánh sáng và chiều dài—đường spectral đen nó tạo ra khi chạy qua một lưới nhiễu sáng, một loại prisma chính xác cao. Đó là một trong những bi kịch không đếm xuể trong 75 năm số phận của ông rằng thí nghiệm này không bao giờ thành công hoàn toàn—có vấn đề với sự mở rộng của kính của lưới nhiễu sáng, vấn đề với các nhiệt kế được sử dụng để đo nhiệt độ của kính. Nhưng ông vẫn công bố một bài báo ngắn trong Tạp chí Khoa học Mỹ, và bằng cách làm như vậy, ông đặt quyền lịch sử là người đầu tiên thử nghiệm. Nếu ông thành công, tên ông sẽ trên môi tất cả mọi người. Nhưng như là ông đã chết một cách vô danh vào năm 1914, và trong cảnh nghèo đói tột cùng, phải xin ổi khô từ tiệm bánh local. Ông đã bị quên lâu rồi, chỉ có một số ít người đồng ý với Bertrand Russell, người gọi Peirce là “nhà tư duy lớn nhất của Mỹ, từ trước đến nay.”

Đến năm 1927, sau nhiều lời la rối của các nhà khoa học tin rằng đây là cách tiếp cận tốt nhất để đặt một tiêu chuẩn không thể xâm phạm, cộng đồng trọng lượng và đo lường của thế giới đến, mặc dù có phần cáu kỉnh, đã đồng ý. Họ trước tiên chấp nhận, một cách chính thức, rằng bước sóng của một nguyên tử cụ thể đã được tính toán, và ở dạng một phần nhỏ của mét—một con số rất nhỏ. Hơn nữa, họ sau đó đồng ý rằng bằng cách nhân, mét có thể được định nghĩa là một số lượng nhất định của những bước sóng đó—so với con số rất lớn và đến ít nhất là bảy dấu thập phân. Nhân một với số khác và ta có, về cơ bản, 1 mét.

Nguyên tố trong câu hỏi là cadmium—một kim loại màu xanh lam, bạc, và khá độc hại giống như kẽm được sử dụng một thời gian (với nickel) trong pin và để chống ăn mòn cho thép và hiện nay được sử dụng để sản xuất (với tellurium) các tấm pin mặt trời. Nó phát ra ánh sáng đỏ rất tinh khiết khi được đốt nóng, và từ dòng spectral của nó, bước sóng có thể được xác định—một cách chính xác đến mức Liên minh Thiên văn Quốc tế đã sử dụng bước sóng của nó để định nghĩa một đơn vị chiều dài mới và rất nhỏ, là angstrom—1/10 tỷ mét, 10⁻¹⁰m.

Bước sóng của đường spectral màu đỏ của cadmium đã được đo và định nghĩa là 6,438.46963 angstrom. Hai mươi năm sau, khi các quan chức trọng lượng và đo lường ở Paris chấp nhận cả nguyên tắc và sự chọn lựa của cadmium (mặc dù làm mờ đi một chút bước sóng màu đỏ cuối cùng bằng cách mất số 3 cuối cùng, biến nó thành 6,438.4696Å), mét có thể dễ dàng được định nghĩa bằng cách sử dụng phép tính đơn giản là 1,553,164 của những bước sóng đó. (Nhân số đầu tiên với số thứ hai cho kết quả là 1.000, về cơ bản là như vậy.)

Nhưng—và trong lịch sử tằng lên của mét, điều này hầu như không ngạc nhiên—cadmium sau đó được phát hiện là không đủ tốt. Đường spectral của nó, khi được kiểm tra kỹ lưỡng, được phát hiện không tinh khiết và trong trắng như đã nghĩ. Các mẫu cadmium có thể là sự pha trộn của các đồng vị khác nhau của kim loại, làm hỏng tính nhất quán được kỳ vọng của ánh sáng phát ra. Và vì vậy, mét không bao giờ được định nghĩa chính thức dưới hình thức của cadmium. Nhiều thứ khác đã được, nhưng không phải là mét thánh thánh. Thanh platinum-iridium vẫn kiên trì qua tất cả các cuộc họp khác nhau của các ủy ban trọng lượng và đo lường, sống sót qua tất cả các cám dỗ giống như tiếng sáo của các bức tường—cho đến cuối cùng, vào năm 1960, có sự đồng thuận.

Thế giới đã quyết định chọn krypton. Khí trơ này, chỉ được phát hiện ở lượng rất nhỏ trong không khí vào năm 1898, có lẽ được biết đến nhất là khí được sử dụng phổ biến nhất trong đèn neon, mà hiếm khi được đầy đủ với neon. Quan trọng hơn nữa, trong cuộc hành trình dài này để định nghĩa mét dựa trên bước sóng, krypton có một chữ ký spectral với các đường phát xạ cực kỳ sắc nét. Krypton-86 là một trong sáu đồng vị ổn định tự nhiên,⁶ và vào ngày 14 tháng 10 năm 1960, Ủy ban Quốc tế về Trọng lượng và Đo lường quyết định, gần như đồng lòng, rằng khí này—with sự nhất quán đáng kể và với bước sóng chính xác biết đến của chúng trong bức xạ màu cam đỏ (6,057.80211)—sẽ là ứng cử viên lý tưởng để thay thế cho mét như cadmium đã làm cho angstrom.

Với các đại biểu nhận xét rằng mét vẫn chưa được định nghĩa với “độ chính xác đủ cho các nhu cầu của metrology ngày nay,” thì đã được đồng ý rằng kể từ đó trở đi, mét sẽ được định nghĩa là “chiều dài bằng 1,650,763.73 bước sóng trong chân không của bức xạ tương ứng với chuyển động giữa các cấp 2p10 và 5d5 của nguyên tử krypton-86.

Và với câu nói giản đơn và xác định như vậy, thanh platinum một mét cũ đã được tuyên bố, về cơ bản, không có ích. Nó đã tồn tại từ năm 1889 như là tiêu chuẩn tối ưu cho mọi đo lường chiều dài: Ludwig Wittgenstein đã một lần quan sát, với sự hóm hỉ nhưng chính xác: “Có một điều mà ta không thể nói rằng nó dài 1 mét, cũng không thể nói rằng nó không dài 1 mét, và đó chính là thanh mét tiêu chuẩn ở Paris.” Không còn nữa, vì từ ngày 14 tháng 10 năm 1960 trở đi, không có mét tiêu chuẩn nào còn lại ở Paris, cũng như ở bất kỳ nơi nào khác. Đo lường này đã rời khỏi thế giới vật lý và bước vào tuyệt đối và sự lạnh lùng của vũ trụ.

Từ cuốn sách The Perfectionists của Simon Winchester. Bản quyền 2018 của Simon Winchester. Xuất bản bởi Harper, một nhãn hiệu của NXB HarperCollins. Được tái bản theo sự cho phép.

Những Câu Chuyện Tuyệt Vời Nhiều Hơn từ MYTOUR

• Dr. Elon & Ông. Musk: Cuộc sống bên trong địa ngục sản xuất của Tesla
• Tại sao chúng ta tất cả chụp những bức ảnh du lịch giống nhau
• Mọi thứ bạn cần biết về sự vi phạm dữ liệu
• Nguyên nhân gây ra những cơn đau đầu sau nhậu, và làm thế nào để tránh chúng?
• Lời hứa—và nỗi đau đau lòng—của di truyền ung thư
• 👀 Tìm kiếm các thiết bị công nghệ mới nhất? Xem những lựa chọn của chúng tôi, hướng dẫn mua quà và những ưu đãi tốt nhất suốt cả năm
• 📩 Muốn biết thêm? Đăng ký nhận bản tin hàng ngày của chúng tôi và đừng bao giờ bỏ lỡ những câu chuyện mới nhất và tuyệt vời nhất của chúng tôi