Skąd wiemy ile wynosi sekunda, metr i kilogram?

Skąd właściwie wiadomo, że metr ma dokładnie metr, kilogram waży kilogram, a sekunda trwa właśnie tyle, ile trwa? Czy jednostki miar są czymś naturalnym, czy raczej wynikiem umowy?

Dr Grzegorz Łach opowiada o historii systemu jednostek SI oraz o tym, jak dawne, lokalne miary zastąpiono wzorcami, które mogą obowiązywać na całym świecie. Przez stulecia długość odmierzano łokciami, stopami i innymi jednostkami zależnymi od miejsca. Problem pojawiał się wtedy, gdy kupiec kupował towar w jednym mieście, a sprzedawał go w innym, gdzie ten sam „łokieć” oznaczał coś nieco innego.

Pierwszym krokiem do ujednolicenia miar było stworzenie metra. Początkowo miał on odpowiadać określonej części długości południka ziemskiego, później zastąpił go metalowy wzorzec z dwiema kreskami. Dziś metr definiujemy już nie przez fizyczny przedmiot, lecz przez prędkość światła i czas, w którym pokonuje ono określoną odległość.

Podobną drogę przeszedł kilogram. Jeszcze niedawno jego wzorcem był metalowy walec przechowywany pod kloszem w pobliżu Paryża. Taki system miał jednak poważne wady: wzorzec mógł się zmieniać, uszkodzić albo stać się niedostępny. Obecnie kilogram definiuje się za pomocą stałej Plancka – jednej z fundamentalnych stałych przyrody.

Dlaczego tak wiele jednostek ostatecznie sprowadza się do pomiaru czasu? Prowadzący pokazuje, jak rozwijały się zegary: od klepsydr i zegarów wahadłowych po chronometry morskie Johna Harrisona, które umożliwiły dokładniejsze wyznaczanie długości geograficznej podczas żeglugi.

Największy przełom przyniosły zegary atomowe. Zamiast ruchu wahadła wykorzystują one bardzo regularne drgania związane z przejściami energetycznymi w atomach. Ich dokładność jest tak ogromna, że najlepsze współczesne zegary pomyliłyby się o mniej niż sekundę w czasie porównywalnym z wiekiem Wszechświata.

Czy można zbudować jeszcze dokładniejszy zegar? Dr Grzegorz Łach opowiada o próbach wykorzystania przejścia w jądrze izotopu toru-229. Poszukiwanie odpowiedniej energii przypominało szukanie igły w stogu siana i trwało wiele lat. Sukces tych badań może w przyszłości doprowadzić do kolejnej redefinicji sekundy.

Wykład pokazuje, że współczesne jednostki nie opierają się już na pojedynczych przedmiotach przechowywanych w sejfach. Coraz częściej definiujemy je za pomocą praw fizyki i stałych przyrody, tak aby odpowiedni wzorzec można było odtworzyć w dowolnym laboratorium na świecie.

Dr Grzegorz Łach – fizyk związany z Katedrą Optyki Kwantowej i Fizyki Atomowej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Zajmuje się fizyką obliczeniową, chemią kwantową oraz precyzyjnymi obliczeniami dla atomów i cząsteczek.

Wykład został nagrany podczas Dnia Odkrywców Kampusu Ochota Uniwersytetu Warszawskiego 22 marca 2025 roku.

#jednostkiSI #metr #kilogram #sekunda #czas #zegaryatomowe #stałaPlancka #prędkośćświatła #fizyka #metrologia #tor229 #UniwersytetWarszawski #DOKO #Wszechnica