تاریخچه متر، داستان تلاش انسان برای داشتن یک واحد اندازه‌گیری ثابت و جهانی است. اتفاقی که باعث شد دیگر هر شهر و کشوری «یک متر» مخصوص خودش را نداشته باشد. چون ظاهرا انسان‌ها تصمیم گرفتند حداقل روی طول با هم توافق کنند.

تاریخچه متر

۱. قبل از پیدایش متر

در گذشته، طول با واحدهایی مانند:

* وجب
* قدم
* ذراع (فاصله آرنج تا نوک انگشت)
* فوت (طول پای انسان)

اندازه‌گیری می‌شد. این واحدها از فردی به فرد دیگر و از کشوری به کشور دیگر متفاوت بودند و مشکلات زیادی در تجارت، مهندسی و علم ایجاد می‌کردند.

۲. تولد متر (سال ۱۷۹۱)

در جریان French Revolution، دانشمندان فرانسوی تصمیم گرفتند یک واحد طبیعی و مستقل از بدن انسان تعریف کنند.

آن‌ها پیشنهاد دادند:

متر برابر باشد با یک ده میلیونیم فاصله خط استوا تا قطب شمال، اندازه‌گیری شده روی نصف‌النهار پاریس.

به عبارت دیگر:

* فاصله استوا تا قطب = ۱۰٬۰۰۰ کیلومتر
* بنابراین:
    * ۱ متر = ۱/۱۰٬۰۰۰٬۰۰۰ این فاصله

۳. ساخت نمونه استاندارد

در سال ۱۷۹۹ یک میله از جنس پلاتین ساخته شد که طول آن دقیقاً یک متر بود و به عنوان استاندارد نگهداری شد.

بعدها در سال ۱۸۸۹ نمونه دقیق‌تری از آلیاژ پلاتین-ایریدیوم ساخته شد و به عنوان مرجع بین‌المللی مورد استفاده قرار گرفت.

تعریف‌های جدید متر

با پیشرفت فناوری، مشخص شد که اشیای فیزیکی ممکن است در طول زمان تغییرات بسیار کوچکی داشته باشند. بنابراین تعریف متر نیز تغییر کرد.

تعریف سال ۱۹۶۰

متر بر اساس طول موج نور منتشر شده از اتم کریپتون-۸۶ تعریف شد.

تعریف امروزی (از سال ۱۹۸۳)

امروزه متر بر اساس یکی از ثابت‌های بنیادی طبیعت تعریف می‌شود:

متر فاصله‌ای است که نور در خلأ در مدت ۱/۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ ثانیه طی می‌کند.

1\ \mathrm{m}=\text{distance traveled by light in vacuum during }\frac{1}{299\,792\,458}\ \mathrm{s}

از آنجا که سرعت نور در خلأ دقیقاً برابر است با:

299\,792\,458\ \text{متر بر ثانیه}

با ثابت نگه داشتن این مقدار، طول متر نیز با دقت بسیار بالا در هر آزمایشگاهی قابل بازتولید است.

اهمیت متر

امروزه متر واحد پایه طول در International System of Units است و در تمام علوم، مهندسی، صنعت، معماری، نقشه‌برداری و تجارت بین‌المللی استفاده می‌شود.

خلاصه

دوره    تعریف متر
۱۷۹۱    یک ده میلیونیم فاصله استوا تا قطب روی نصف‌النهار پاریس
۱۷۹۹    طول یک میله استاندارد پلاتینی
۱۸۸۹    طول میله استاندارد پلاتین-ایریدیوم
۱۹۶۰    بر اساس طول موج نور اتم کریپتون-۸۶
۱۹۸۳ تاکنون    فاصله طی‌شده توسط نور در خلأ در مدت ۱/۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ ثانیه

این تحول نشان می‌دهد که تعریف متر از یک اندازه‌گیری جغرافیایی و سپس یک شیء فیزیکی، به یک تعریف مبتنی بر قوانین بنیادی فیزیک رسیده است؛ روشی که دقت و پایداری بسیار بیشتری برای علم و فناوری فراهم می‌کند.

 اما اینکه چگونه یک متر را در عمل ایجاد یا اندازه‌گیری می‌کنند موضوع دیگری است.

در گذشته و امروز روش‌های متفاوتی وجود داشته است:

۱. روش اولیه (اندازه‌گیری زمین)

دانشمندان فرانسوی فاصله بین خط استوا و قطب شمال را روی نصف‌النهار پاریس با عملیات نقشه‌برداری اندازه گرفتند. آنها این مسیر را به میلیون‌ها بخش تقسیم کردند و مقدار یک ده میلیونیم آن را یک متر نامیدند.

این کار با استفاده از:

* مثلث‌بندی (Triangulation)
* اندازه‌گیری زاویه‌ها
* محاسبات هندسی

انجام شد.

۲. روش میله استاندارد

پس از محاسبه طول متر، یک میله پلاتینی ساختند که فاصله بین دو خط حک‌شده روی آن دقیقاً یک متر بود. هر کشور برای کپی کردن متر، ابزارهای خود را با این میله مقایسه می‌کرد.

۳. روش امروزی (با نور)

امروزه دیگر کسی به یک میله فلزی مراجعه نمی‌کند. از لیزر و ساعت‌های اتمی استفاده می‌شود.

سرعت نور در خلأ دقیقاً برابر است با:

299\,792\,458\ \text{متر بر ثانیه}

و متر به این صورت تعریف می‌شود:

1\ \mathrm{m}=\text{distance\ traveled\ by\ light\ in\ vacuum\ during\ }\frac{1}{299\,792\,458}\ \mathrm{s}

یعنی اگر بتوانیم زمان بسیار کوتاه

\frac{1}{299\,792\,458}\ \text{ثانیه}

را با ساعت اتمی اندازه بگیریم، فاصله‌ای که نور در این مدت طی می‌کند دقیقاً یک متر خواهد بود.

چگونه این کار را در آزمایشگاه انجام می‌دهند؟

از دستگاهی به نام تداخل‌سنج لیزری استفاده می‌شود. لیزر پرتوی بسیار پایداری تولید می‌کند و با شمارش طول موج‌های نور بین دو نقطه، فاصله با دقتی در حد نانومتر (یک میلیاردم متر) اندازه‌گیری می‌شود.

به بیان ساده:

* در گذشته: زمین → متر
* سپس: میله فلزی → متر
* امروز: سرعت ثابت نور + ساعت اتمی + لیزر → متر

این روش باعث می‌شود هر آزمایشگاه مجهز در هر نقطه از جهان بتواند بدون نیاز به یک نمونه فیزیکی، مقدار دقیق یک متر را بازتولید کند.