Lịch sử về mét (metre)

Từ mét (m) có lẽ là 1 từ được xuất hiện quá nhiều trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Vậy bạn có bao giờ tự hỏi, đơn vị này được tính toán ra như thế nào, và dựa vào đâu để chúng ta có thể tính toán được chiều dài của 1 vật thể khác dựa vào đơn vị đo này hay không? Hôm nay chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về vấn đề này.

Các đơn vị tính toán cổ đại

Theo lịch sử thì chính cơ thể con người chúng ta được dùng để ước lượng khoảng cách. 2 đơn vị chính đó là: foot – bàn chân và cubit.

Nhiều người tin rằng, người Ai Cập, người Ấn Độ cổ và người Lưỡng Hà là những người sử dụng đơn vị đo “cubit” – là độ dài của cánh tay được tính đầu ngón tay giữa cho tới chót của khuỷu tay.

Còn người Hy Lạp cổ và người Roman thì dùng foot.

Tuy nhiên thì cả 2 đơn vị này đều không được công nhận một cách phổ biến trên thế giới.

Kích cỡ của bàn chân thì thay đổi theo con người của từng vùng và từng quốc gia.

Vào cuối thế kỷ thứ 8, Charlemagne đã cố gắng để tiêu chuẩn hóa việc đo chiều dài trong lãnh thổ của mình, dùng 1 đơn vị gọi là “toise de l’Écritoire”, tương đương với 6 feet 326.6mm (= 2155mm). Tuy nhiên thì ông ta đã không thành công.

Hướng đến một đơn vị được quốc tế công nhận

Cùng với sự phát triển của khoa học, vào thế kỷ 17, đã có nhiều định nghĩa được đưa ra về một đơn vị đo khoảng cách có thể được chấp nhận một cách phổ biến:

  • Tito Livio Burattini, một nhà khoa học người Ý, viết 1 cuốn sách vào năm 1675, trong đó có đề cập: Misura universale (universal measure – đo lường quốc tế) . Hệ thống của ông ta bao gồm một đơn vị đo khoảng cách được gọi là: metro catolico (universal metre – đơn vị mét quốc tế), đơn vị này hơi khác một chút so với đơn vị mét hiện tại khoảng nửa centimet. Ông ta được coi là người đầu tiên đề cập tới cái tên “metre” như một đơn vị đo chiều dài.
  • John Wilkins vào năm 1688 cũng đã đề xuất một hệ thống đo lường thập phân.

Tuy nhiên, những nỗ lực đầu tiên đặt nền móng cho đơn vị metre ngày nay đã được thực hiện trong cuộc cách mạng Pháp.

Định nghĩa đầu tiên: Mètre des Archives

Cũng giống như hầu hết các quốc gia khác, sự gia tăng của các đơn vị đo khác nhau ở các vùng và các thành phố khác nhau trên nước Pháp là một vấn đề lớn đối với 1 chính phủ tập trung như Pháp lúc bấy giờ.

Một đề xuất được đưa ra đó là sử dụng độ dài của con lắc dao động trong chính xác 2 giây, ở vị trí 450N.

*Nếu các bạn google từ khóa “Seconds pendulum”, các bạn sẽ thấy một công thức mà ở đó, nếu thay T = 2s, thì các bạn sẽ tính được l = ~0.994m.

Chính phủ Pháp đã yêu cầu Học viện khoa học Pháp, thành lập một ủy ban được dẫn đầu bởi Jean-Charles de Borda. Ủy ban đó cũng bao gồm rất nhiều cái tên đình đám trong giới khoa học lúc bấy giờ như Joseph-Louis Lagrange, Pierre-Simon Laplace and Gaspard Monge.

Broda là một người ủng hộ rất nhiệt tình của hệ thống thập phân. Đối với ông ta, giây, lúc đó còn chưa là một đơn vị thập phân, là một lựa chọn không hay cho lắm để làm cơ sở cho một đơn vị tính toán khác. Thay vì sử dụng độ dài con lắc, ủy ban đề xuất một đơn vị đo lường quốc tế khác:

Một phần mười triệu của khoảng cách từ Bắc Cực đến đường xính đạo, được đo dọc theo kinh tuyến đi qua Paris.

Để tính được chính xác độ dài của khoảng cách từ Bắc Cực tới đường xích đạo, các nhà khảo sát đã được yêu cầu tính chính xác khoảng cách giữa 2 điểm: tháp chuông Dunkirk và lâu đài Montjuïc tại Barcelona, Tây Ban Nha.

Tháp chuông Dunkirk

Lâu đài Montjuïc

2 điểm này mặc dù không có cùng kinh độ nhưng sự khác biệt cũng là không đáng kể. Để biết được sự chênh lệch về vĩ độ, bạn chỉ cần nắm được độ cao của mặt trời ở vị trí cao nhất trong cùng 1 ngày, đó chính xác là ở phía Nam.

Các nhà khảo sát mất 6 năm, từ 1792 tới 1798 để tính toán khoảng cách này. Trong cùng thời điểm đó, bằng việc đã biết được kết quả tương đối chính xác, Ủy ban đã thiết kế ra một vài thước đo được làm từ platinum với chiều dài các thanh khác nhau rất nhỏ, để đại biểu cho một đơn vị mới: metre. Sau đó, khi khoảng cách chính xác (chính là từ tháp chuông Dunkirk và lâu đài Montjuïc) đã được tìm ra, thanh platinum này là kết quả gần nhất đối với cuộc khảo sát kéo dài 6 năm trời được gọi là:

“được chọn và được đặt tại Viện Lưu trữ quốc gia vào ngày 22 tháng 06 năm 1799, là hồ sơ vĩnh viễn cho cuộc khảo sát. Thước đo tiêu chuẩn này được gọi là: mètre des Archives”.

Mặc dù hệ đo metre sau đó trở thành một hệ đo chính thức trên toàn nước Pháp vào năm 1801, thì nó cũng không được sử dụng rộng rãi trên cả nước cho tới tận giữa thể kỷ 19.

Bắt đầu ở Hà Lan vào năm 1816, một vài quốc gia sau đó đã chấp nhận hệ đo này của Pháp.

Mặc dù cũng rất nhanh sau đó, mọi người nhận ra thước “mètre des Archives” cũng không chính xác là 1/10.000.000 của khoảng cách từ Bắc Cực đến đường xích đạo, nhưng nó vẫn là một thước đo tiêu chuẩn cho tới khi nó được thay thế bởi một cái khác.

Nguyên mẫu metre quốc tế

Với việc càng ngày càng nhiều quốc gia chấp nhận hệ metre, việc cải tiến thước đo “mètre des Archives” là điều cần thiết. Vào năm 1875, Hội nghị Metre toàn quốc, tổ chức tại Paris, thành lập “Bureau international des poids et mesures” (tiếng anh: International Bureau of Weights and Measures – Văn phòng quốc tế về trọng lượng và đo lường, BIPM), một tổ chức quốc tế, đặt tại Sèvres, ngay bên ngoài Paris. BIPM không chịu sự quản thúc của chính phủ Pháp, nhưng được điều hành bởi một hội nghị ngoại giao khác, “Conférence générale des poids et mesures” (tiếng Anh: General Conference on Weights and Measures – Hội nghị chung về Trọng lượng và Đo lường).

Nguyên mẫu mới được làm từ một loại hợp kim đặc biệt, 90% platinum và 10% iridium, bởi một công ty ở London của Johnson Matthey, công ty này đã sản xuất 30 thanh như vậy để đáp ứng yêu cầu. Thanh số 6 là thanh có độ dài chuẩn nhất, và được công nhận là nguyên mẫu chính thức mới.

Chuẩn Krypton

Định nghĩa metre theo các nguyên mẫu vật lý, thậm chí là các nguyên mẫu có tính ổn định nhất, chưa bao giờ làm các nhà khoa học hài lòng. Nên, người ta đã đi tìm một định nghĩa mới, dựa trên các hiện tượng vật lý khác.

Vào đầu thế kỷ 20, với sự tiến bộ của giao thoa kế, con người đã có khả năng đo được các bước sóng bức xạ rất nhỏ. Một nhà khoa học người Mỹ, Albert A. Michelson, đã đo được các đồng hồ nguyên mẫu trong phạm vi nhỏ hơn 0.1µm (micromet), bằng cách sử dụng quang phổ đỏ của cadmium. Vào năm 1907, Michelson là người Mỹ đầu tiên được nhận giải Nobel về Vật lý, và đây là một trong những lý do ông nhận được giải thưởng cao quý này.

Vào những năm 1950, có nhiều thí nghiệm chỉ ra rằng, quang phổ màu cam của nguyên tố krypon-86 còn hổn định hơn cả quang phổ màu đỏ của nguyên tố cadmium.

Nên vào năm 1960, tại Hội nghị đo lường toàn cầu lần thứ 11, một định nghĩa mới về metre đã được đưa ra như sau:

“Metre (mét) là khoảng cách tương đương với 1 650 763.73 lần bước sóng ánh sáng trong chân không của nguyên tử krypton-86”

Tiêu chuẩn dựa theo tốc độ ánh sáng

Giữa những năm 1960 và 1970, bằng việc sử dụng tia laser, những tiến bộ cho thấy chúng ta có thể đo được vận tốc ánh sáng trong chân không với một độ chính xác cao.

Vào năm 1975, tại Hội nghị đo lường quốc tế lần thứ 15, đã thống nhất giá trị của tốc độ ánh sáng trong chân không chính xác là: 299,792,458 m/s.

Và vào năm 1983, tại Hội nghị đo lường quốc tế lần thứ 17, đã thống nhất định nghĩa về metre, cũng là định nghĩa được sử dụng cho tới ngày nay như sau:

“Metre (mét) là khoảng cách ánh sáng đi được trong chân không trong khoảng thời gian 1 ⁄ 299,792,458 giây”.

Vậy là xong bài lịch sử về mét (metre). Trong bài, Thú Vị đều dùng từ metre, mà không phải “meter”. Đối với mọi người (trừ Mỹ), thì meter là một thiết bị để đo một đại lượng vật lý.

Khi dịch tới phần định nghĩa về metre dựa trên nguyên tố Krypton đồng vị 86, người dịch không có nhiều kiến thức về hóa học nên dịch có thể không được sát, mong các bạn góp ý để page sửa cho chính xác hơn.

Và sau khi đọc xong bài này, các bạn có thể thấy sự liên quan chặt chẽ giữa metre và giây. Trong bài tới, chúng ta sẽ đi tìm “Lịch sử của giây”.

Nguồn: steemit, wiki, physics.nist.gov

Luôn vui tươi, hay cười, dễ nổi nóng.

1 Trackback / Pingback

  1. Lịch sử của giây – Thú Vị Quanh Ta

Email của bạn sẽ được bảo mật.