140 let metrické konvence

Začátky

Vše začalo ve Francii během revoluce. 22. června 1799 byl zaveden decimální metrický systém s délkou a hmotností jako základními veličinami. Tehdy byla doba poměrně divoká, a tak nebylo úplně zřejmé, jestli má takový systém šanci na přežití.

Na propagaci decimálního systému se silně podílel Carl Friedrich Gauss, který jako první provedl úspěšné absolutní měření magnetického pole Země s využitím astronomické sekundy a decimálního systému. Těchto měření následně využila skupina vedená Jamesem Clerkem Maxwellem, která vytvořila požadavky na koherentní systém jednotek se základními a odvozenými jednotkami. Tato skupina zavedla v roce 1874 systém CGS.

Podpis Metrické konvence

Světové mocnosti 19. století se rozhodly vytvořit podmínky pro usnadnění mezinárodního obchodu tím, že vytvoří mezinárodní organizaci zajišťující správnost měření. 20. května 1875 tak došlo k podpisu Metrické konvence za účasti 17 zemí včetně Rakouska-Uherska.

Podpisem došlo k založení několika institucí, z nichž ta nejvýznamnější je Mezinárodní úřad pro míry a váhy, který měl zajišťovat veškerá měření a výzkum. Francouzské vládě bylo uloženo, aby pro něj našla vhodné prostory. Ty se nalezly v obci Sévres v blízkosti Paříže. Areál Pavillon de Breteuil se od té doby zvětšil až na 4 hektary.

Kromě BIPM byl založen Mezinárodní výbor pro míry a váhy, který kontroluje úřad a jeho financování a zajišťuje provoz jednotlivých technických komisí pro různé oblasti metrologie.

Výbor je volen nejvyšším orgánem, Mezinárodní konferencí měr a vah. Každý člen metrické konvence má zajištěno jedno místo v této konferenci, která jako jediná přijímá zásadní rozhodnutí v oblasti metrologie. Právě na první konferenci v roce 1889 byla přijata definice kilogramu, metru a sekundy. Na dalších konferencích se vždy rozhodovalo o nových definicích základních jednotek nebo o přidávání dalších.

Členství v metrické konvenci

Zajímavé je, že přes významný příspěvek nebyla Velká Británie součástí metrické konvence od počátku. V dubnu 1884 byl do BIPM zaslán neoficiální požadavek na kalibraci délkových měřidel vyrobených v Anglii. Požadavek byl zamítnut s tím, že není možné, aby BIPM kalibrovala měřidla subjektům, které nejsou členy metrické konvence. 17. září 1884 se stala Velká Británie další členskou zemí. Nyní, podle údajů z 1. ledna 2015, je 55 zemí plnými členy Metrické konvence, dalších 41 zemí a organizací je součástí jako pozorovatelé.

Česko je členem už od počátků díky Rakousku-Uhersku. Jako samostatný subjekt je členem od roku 1922. Po rozdělení Československa přešlo členství jak na Českou republiku, tak na Slovensko automaticky.

Důležitým problémem je také například financování provozu BIPM. Každý signatář musí posílat danou finanční částku každý rok, ze které se financuje výzkumná činnost úřadu. Podle aktuálních údajů jsou největšími přispěvateli USA, Japonsko a Německo s příspěvky přesahujícími 1000000 EUR. Česká republika přispěla na rok 2015 částkou 56953 EUR.

Co dál?

Díky podpisu Metrické konvence má Česká republika státní etalon založený na platino-iridiovém prototypu. Může se účastnit jednání technických komisí v jednotlivých oborech. A může se účastnit Mezinárodní konference měr a vah. Na tu čeká v listopadu 2018 zásadní rozhodnutí o budoucnosti základní jednotky hmotnosti, kilogramu.

Do 1. července 2017 se ještě bude měřit Planckova konstanta. Poté se už přestanou přijímat nové výsledky a určí se jediná správná hodnota, která by měla být schválena jako základ nové definice kilogramu právě na 26. Mezinárodní konferenci měr a vah.

Zdroje

Všechny údaje lze dohledat na oficiálních stránkách Mezinárodního úřadu pro míry a váhy.

Kilo má 125 let!

Vznik metrické konvence

V důsledku prudkého rozvoje mezinárodního obchodu v 19. století bylo potřeba stanovit nějaká pravidla při ověřování množství různého zboží v různých jednotkách. Docela vepředu s tímto byla Francie, kde vznikl dokonce první archivní etalon hmotnosti z platiny. On to byl vlastně litr vody, ale protože se voda vypařuje a znečišťuje, vyrobil se platinový kus se stejnou hmotností.

V polovině 19. století byla potřeba společného systému jednotek silnější. Rozhodlo se, že se vytvoří mezinárodní ústav, který bude skladovat celosvětové prototypy základních jednotek. A pak to přišlo, 20. května 1875 byla za účasti představitelů 17 zemí podepsána metrická konvence. Jednou z těch zemí bylo i Rakousko - Uhersko. Vznikl tak Mezinárodní úřad pro míry a váhy se sídlem v Sévres kousek od Paříže.

Zavedení mezinárodního prototypu kilogramu

Ve stejné době, jako se rozhodlo o vzniku BIPM, se rozhodlo i o výrobě artefaktů pro hmotnost a délku z platiny. Při výrobě se jim tam dostalo větší množství iridia, a protože se blížil termín vyhlášení, už to tak nechali být. Proto se všude uvádí, že mezinárodní kilogram obsahuje 90 procent platiny a 10 procent iridia.

Ze slitiny se připravilo několik kusů ve tvaru válce se stejnou výškou a průměrem podstavy (tzv. rovnostranný válec). Pečlivě se vybraly tři kusy, které nejvíce odpovídaly předchozímu francouzskému artefaktu. A pak ještě pečlivěji na jeden z těch kusů ukázali a řekli, že to bude kilo. A tak se také stalo. Na 1. mezinárodní konferenci měr a vah, která se konala ve dnech 24. - 28. září 1889. Tedy přesně před 125 lety.

A co bude dál?

Hmotnost má aktuálně nejstarší definici. Jen v roce 1901 došlo k mírné úpravě znění definice. Někdo by si mohl pomyslet, že tak, jak je to teď, tedy že to je kus kovu co je někde v trezoru kousek od Paříže, úplně stačí. Jenže ne.

Aby se zajistilo, že všechny státy měří stejně, probíhá celá řada mezinárodních porovnání. A jednou za čas se v BIPM sejde spousta státních etalonů a otevře se trezor s hlavním kilem. A všechno se pěkně proměří. Poslední takové porovnání proběhlo mezi lety 1988 - 1992. A nastal problém. Spousta etalonů najednou měla o zhruba 50 mikrogramů víc.

Proč by něco takového měl být vůbec problém? Jo, není to úplně jasné, uznávám. On byl problém v tom, že spousta etalonů měla najednou víc o dost podobnou hodnotu. A co je pravděpodobnější? Že jeden kus zmenší svou hmotnost nebo že spousta kusů zvětší svou hmotnost, a to navíc skoro stejně? A to ještě neuvažujeme spoustu možných mezipřípadů. Usneslo se tedy, že kilo má pořád kilo a vykázal se nárůst hmotnosti ostatních etalonů. Usnesla se další důležitá věc. Je potřeba zavést novou definici hmotnosti.

Hlavní nevýhoda současné definice je totiž v tom, že to je jen jeden kus kovu. Neexistuje žádná další nezávislá reference. Veškeré měření hmotnosti na světě je odvozeno od toho jednoho kusu. Když BIPM vybuchne, nebude kilo. To, že máme spoustu státních etalonů, nepomůže. Ty jsou všechny zatíženy nějakou nejistotou, která je dána například použitými přístroji nebo podmínkami prostředí, ve kterých měření proběhlo. U žádného jiného závaží na světě neznáme hmotnost absolutně přesně.

Nové kilo!

Za posledních 20 let poskočil výzkum v oblasti nové definice kilogramu hodně dopředu. Tak moc dopředu, že už teď je jasné, že nová definice bude přes Planckovu konstantu. Bude to podobné jako například u délky, která je definována přes rychlost světla, tedy také přes univerzální konstantu.

Princip přenosu z Plancka na závaží je docela složitý. Velmi zjednodušeně, budou se porovnávat dvě síly, a to elektromagnetická (cívka v magnetu, nějaké proudy a napětí) a tíhová (závaží a tíhové zrychlení). Do cívky se pustí proud tak, aby to vyvážilo závaží. No a v rovnicích, které popisují ten proud, je Planckova konstanta. A spousta dalších věcí. Je to docela věda a to jsem ještě neřekl vše.

Zatím to vypadá tak, že už za tři roky budeme přepisovat učebnice. To bude mít mezinárodní kilo krásných kulatých 128 let. Užijme si ty poslední tři roky pěkně ve zdraví!