Historik om metern

Antiken

Längd var bland det första som människan på ett systematiskt sätt började mäta. Dessa mätningar baserades då oftast på längden av vissa kroppsdelar. Det första väldokumenterade exemplet är den egyptiska cubiten som härstammar från avståndet mellan armbågen och fingerspetsarna (ca 52 cm). Runt år 2500 f.Kr. blev detta en vedertagen måttenhet och en standardcubit tillverkades i svart marmor. Denna cubit var indelad i 28 enheter (ungefär en fingerbredd) som sedan i sin tur var indelad i mindre enheter. Den minsta enheten var drygt 1 mm lång.

Universellt måttsystem

Det dröjde länge innan några mätstorheter standardiserades i Europa. På 1200-talet standardiserades dock ett antal enheter i England, även om det långt senare fortfarande kom att finnas stora variationer i samhället. I mitten av 1600-talet började allt fler röster höjas för ett enhetligt universellt måttsystem. Det kan nämnas att en av dessa förespråkare var den svenske filosofen och skalden Stiernhielm (1598-1672) som år 1657 föreslog ett system där vatten skulle definiera sambandet mellan enheterna för massa, längd och volym.

Sekundpendeln

Andra förslag som ansågs vara intressanta kom från den nederländske fysikern Huygen och från den franske kyrkoherden Mounton. Huygen föreslog 1669 att längdenheten skulle definieras genom en sekundpendel (en pendel som gör en enkel svängning per sekund), men en fransman vid namn Richer kunde 1673 visa att pendelns svängningstid var beroende av uppställningsplatsens geografiska latitud, vilket gjorde att Huygens förslag förlorade i aktualitet.

Jordmeridianen

Mountons förslag innebar att man skulle använda sig av 1 bågminut eller 1/60 av jordmeridiangraden som grundenhet för längd. Systemet skulle vara decimalindelat, och enheten föreslogs heta milliare. Tre uppmätningar av jordmeridiangraden gjordes, 1735-1746 i Peru, 1736 i norra Sverige och 1756 i Sydafrika, och syftet med dessa mätningar var att få fram ett universellt mått på längdenheten. Det krävdes emellertid en stor samhällsomstörtning, den franska revolutionen 1789, för att de vetenskapliga synpunkterna skulle vinna gehör i måttsystemen.

Naturkonstant

Biskop Talleyrand, sedermera känd som Napoleons utrikesminister, föreslog 1790 för den franska nationalförsamlingen att Frankrike och England skulle införa en gemensam längdenhet, definierad som längden av en sekundpendel vid 45 latitud. Detta förslag antogs dock inte, varken av engelsmännen eller av den franska vetenskapsakademien. Istället lades ett motförslag fram den 19 mars 1791 av den franska vetenskapsakademien. De förordade att längdenheten skulle knytas till en naturkonstant oberoende av andra enheter. Man anknöt härmed till Mountons tanke att enheten skulle härledas från jordklotets omfång, och rekommendationen löd att enheten för längd skulle definierades som en tiomiljondel av avståndet mellan nordpolen och ekvatorn längs Parismeridianen. Den 26 mars 1791 godkändes förslaget.

Metersystemet

Det metriska systemet antogs officiellt i juni år 1799 i Frankrike. Detta system hade avsikten att vara för alla folk under alla tider ("A tous les temps - A tous les peuples"). Längdenheten i det metriska systemet är en meter (av grekiskans metron = mått). Över- och underindelningen av enheten är decimal. Metern definierades, liksom tidigare, som en tiomiljondel av avståndet mellan nordpolen och ekvatorn längs Parismeridianen. Det tog flera år att göra de mätningar som krävdes för att kunna tillverka en meterprototyp, den så kallade arkivmetern.

Arkivmetern

Det visade sig senare att kvadrantbestämningen blev en aning felaktig, så arkivmetern råkade bli ca 0,2 mm för kort. Eftersom den redan hade hunnit ligga till grund för ett stort antal mätdon bedömdes det omöjligt att genomföra en korrigering. Istället definierade man metern som arkivmeterns längd. År 1889 hade trettio nya meterprototyper tillverkats av en platina- iridiumlegering. Det exemplar som stämde bäst överens med arkivmetern blev nu den internationella meterprototypen, vilket i praktiken innebar att metern än en gång definierats om. Det dröjde dock ända till år 1927 innan denna definition sattes på pränt i en definitionstext (CGPM 7).

Spektrallinje

Allteftersom mätteknik och mätinstrument utvecklades ökade kraven på noggrannhet hos meterprototypen. Detta ledde till att man började söka andra sätt att definiera metern på. Genom att på optisk väg, m.h.a. en Michelsoninterferometer mäta upp avståndet mellan de två strecken på den internationella meterprotypen kunde man år 1960 istället definiera metern som 1 650 763,73 våglängder i vakuum av en orange spektrallinje hos isotopen krypton-86 (CGPM 11).

Lasern

Men utvecklingen stannade inte med detta, utan det dröjde inte länge förrän den första lasern kom till. Det visade sig snart att frekvensstabiliserade lasrar var överlägsna andra ljuskällor för interferometriska mätningar. Man kunde nu bl.a. få fram rekordnoggranna värden på ljusets hastighet (c) , som f.ö. är en oerhört viktig konstant inom fysiken, genom att mäta upp laserns frekvens (f) och vakuumvåglängd (λ) mycket noggrant. Ljusets hastighet bestäms då av relationen: c = f • λ

Aktuell definition

När man mäter längd interferometriskt är det bl.a. viktigt att känna till ljusets utbredningshastighet, och man kom snart på att man genom att fastlägga ljusets hastighet till ett exakt värde ytterligare skulle kunna förbättra meterns noggrannhet. Ur detta följde att man den 20 oktober 1983 (CGPM 17) definierade metern så här:
Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par
la lumière pendant une duréede 1 / 299 792 458 de seconde
eller fritt översatt
En meter är längden av den sträcka som ljuset tillryggalägger
i fria rymden under tiden 1 / 299 792 458 sekund.
Detta är den rådande definitionen på en meter, och det finns goda skäl till att tro att den kommer bestå lång tid framöver.

 

För en mer detaljerad genomgång av meterns historia kan följande litteratur rekommenderas:
  • Metersystemet – Särtryck ur Gamla mått och nya, Rolf Ohlon
  • Definitionen som kom med ljusets hastighet: En tidsenlig meter – Särtryck ur Svensk mätplatskalender 1984, Lars Frank
  • The International System of Units (SI), NIST Special Publication 330, 1991 Edition
RISE Research Institutes of Sweden, Tel 010-516 50 00, E-post info@ri.se

SP, Innventia och Swedish ICT har gått samman i RISE för att bli en starkare forsknings- och innovationspartner för näringsliv och samhälle.
Under 2017 kommer sp.se att vara en av flera webbplatser inom RISE. Besök gärna ri.se för mer information om RISE.

Dela den här sidan: