Metr je základní jednotka délky v soustavě SI. Jeho historie vede od francouzské revoluční snahy odvodit jednotku z rozměrů Země přes kovové prototypy až k dnešní definici založené na pevné hodnotě rychlosti světla ve vakuu.
Metr měl být původně univerzální, přirozená a politicky neutrální jednotka délky. Francouzští metrologové jej na konci 18. století odvodili z poledníkového kvadrantu Země: jeden metr měl odpovídat jedné desetimilióntině vzdálenosti od rovníku k severnímu pólu po poledníku procházejícím Paříží.
Tento záměr byl pro svou dobu mimořádně moderní, ale zároveň technicky obtížný. Země není dokonalá koule a měření poledníku nebylo možné provést s absolutní přesností. Proto se metr postupně odpoutal od přímého měření Země a stal se jednotkou definovanou nejprve hmotným etalonem, později vlastnostmi záření a nakonec pevnou hodnotou fyzikální konstanty.
Metr jako přirozená jednotka
Francouzská akademie věd hledala v době Velké francouzské revoluce jednotku, která by nebyla svázána s místní tradicí, panovníkem ani obchodní praxí. Volba poledníkového kvadrantu měla symbolický i praktický význam: šlo o jednotku odvozenou z rozměrů Země, tedy teoreticky dostupnou všem národům.
Pro určení délky metru bylo nutné změřit část poledníku. Jean Baptiste Joseph Delambre a Pierre François André Méchain proto v letech 1792–1798 měřili oblouk mezi Dunkerque a Barcelonou. Z tohoto měření byla vypočtena délka budoucího metru. Pozdější přesnější geodetická měření ukázala, že tato délka přesně neodpovídá zamýšlené desetimilióntině kvadrantu, ale praktická metrologie už potřebovala stabilní a reprodukovatelný etalon.
Archivní metr a mezinárodní prototyp
Prvním hmotným etalonem se stal francouzský Mètre des Archives, archivní metr z roku 1799. Byl uložen v pařížském archivu a představoval praktickou realizaci nové délkové jednotky. Tento archivní metr není totéž co pozdější mezinárodní prototyp metru.
Mezinárodní metrologická spolupráce se rozvinula po podpisu Metrologické konvence v roce 1875. Roku 1889 byl na 1. generální konferenci pro váhy a míry přijat mezinárodní prototyp metru, platinoiridiová tyč uložená v Mezinárodním úřadu pro váhy a míry v Sèvres. Délka metru byla určena vzdáleností mezi dvěma ryskami na této tyči při stanovené teplotě, nikoli vzdáleností mezi jejími konci.
Prototyp měl speciální vyztužený průřez typu Tresca, často popisovaný jako X profil, aby se co nejvíce omezilo prohýbání tyče. Starší popisy jej někdy zjednodušují jako profil podobný písmenu H.
Od kovové tyče ke světlu
Hmotný prototyp byl velký pokrok proti nejednotným lokálním mírám, ale nebyl ideálním řešením navždy. Kovová tyč může být poškozena, stárnout, měnit se vlivem prostředí a není přímo dostupná všem laboratořím. Proto se metrologie ve 20. století přesunula k definicím založeným na atomových a fyzikálních jevech.
Platná definice metru
Současná definice metru vychází z pevné číselné hodnoty rychlosti světla ve vakuu:
- Metr
- Metr je jednotka délky SI definovaná pevnou hodnotou rychlosti světla ve vakuu c = 299 792 458 m·s−1, přičemž sekunda je definována pomocí frekvence záření atomu cesia 133.
Prakticky to odpovídá starší formulaci z roku 1983: metr je délka dráhy, kterou světlo urazí ve vakuu během časového intervalu 1/299 792 458 sekundy.
Časová osa definice metru
| Rok | Událost |
|---|---|
| 1791 | Francouzská akademie věd doporučila metr jako jednu desetimilióntinu zemského kvadrantu. |
| 1792–1798 | Delambre a Méchain měřili poledníkový oblouk Dunkerque–Barcelona. |
| 1799 | Vznikl francouzský archivní metr, Mètre des Archives. |
| 1875 | Byla podepsána Metrologická konvence, základ mezinárodní spolupráce v metrologii. |
| 1889 | Byl přijat mezinárodní prototyp metru z platiny a iridia. |
| 1960 | Metr byl definován pomocí vlnové délky záření atomu kryptonu 86. |
| 1983 | Metr byl definován pomocí dráhy světla ve vakuu za 1/299 792 458 sekundy. |
| 2019 | Revize SI přeformulovala definice jednotek přes pevné hodnoty fyzikálních konstant; metr je navázán na pevnou hodnotu rychlosti světla. |
Kryptonová definice z roku 1960
Od roku 1960 byl metr definován takto:
- Metr
- Metr je délka rovnající se 1 650 763,73 násobku vlnové délky záření šířícího se ve vakuu, která přísluší přechodu mezi energetickými hladinami 2p10 a 5d5 atomu kryptonu 86.
Tato definice umožňovala reprodukovat metr v laboratořích bez přímého porovnávání s kovovou tyčí a dosahovala přesnosti řádu 10−9. Ve druhé polovině 20. století ji však překonaly laserové metody a přesnější měření času.
Metr v praxi
Dnešní definice metru není určena pro běžné měření pravítkem nebo pásmem. Je důležitá hlavně proto, aby bylo možné délku reprodukovat v metrologických laboratořích po celém světě se stejným výsledkem. Praktická měřidla se následně navazují na národní a mezinárodní etalony v řetězci kalibrací.
Pro běžného uživatele zůstává metr základní jednotkou délky, od níž se odvozují běžné násobky a díly: kilometr, centimetr, milimetr, mikrometr nebo nanometr. Ve fyzice a technice je současná definice důležitá také proto, že propojuje jednotky délky, času a rychlosti světla.
Časté otázky
- Je metr stále definován podle kovové tyče v Sèvres?
- Ne. Mezinárodní prototyp metru měl rozhodující roli od roku 1889 do roku 1960. Dnes je metr definován přes pevnou hodnotu rychlosti světla ve vakuu.
- Co je archivní metr?
- Archivní metr, francouzsky Mètre des Archives, je historický francouzský etalon z roku 1799. Je třeba jej odlišovat od mezinárodního prototypu metru z roku 1889.
- Proč se metr nepočítá znovu podle rozměrů Země?
- Původní zemská definice byla krásná myšlenka, ale pro přesnou metrologii nebyla dostatečně praktická. Země má nepravidelný tvar a měření poledníku je zatíženo nejistotou. Moderní definice přes rychlost světla je mnohem přesnější a reprodukovatelná.
- Jak souvisí metr se sekundou?
- Metr je dnes definován přes dráhu světla ve vakuu za přesně určený zlomek sekundy. Přesnost délky je proto úzce navázána na mimořádně přesné měření času.
Související
- Převody délky – metr, kilometr, míle, stopa a další jednotky délky
- Jednotky SI – současná soustava základních a odvozených jednotek
- MKS systém – soustava metr, kilogram, sekunda
- Měrné systémy – přehled používaných měrných soustav
- Původ názvů jednotek – odkud pocházejí názvy fyzikálních jednotek
- Rychlost světla – konstanta, na kterou je navázána současná definice metru
- Astronomické jednotky – délkové jednotky používané v astronomii
Zdroje a další informace
- The metre – BIPM
- Meter – NIST
- Metre – National Physical Laboratory
- Metric system – Encyclopaedia Britannica
Původní text vycházel z knihy Augusta, P. a Klůna, J.: Tajemství přesnosti. Albatros, Praha 1983. Text byl redakčně přepracován a doplněn podle současných metrologických zdrojů.