Le origini del sistema metrico decimale

Noi misuriamo gli oggetti utilizzando il Sistema Metrico Decimale. Ci viene naturale e facile grazie alla sua semplicità. Utilizziamo il metro per misurare l’altezza di una persona o il chilogrammo per pesare la frutta che compriamo sotto casa. Un sistema quasi universalmente adottato. Eppure non è stato sempre così.

Fino al 1775 ogni Stato, spesso quasi ogni regione aveva le sue unità di misura. E questa caotica situazione non provocava soltanto confusione e difficoltà negli scambi commerciali ma generava anche gravi iniquità e fonti di vessazione.

Se ne accorgono per primi i francesi quando Luigi XVI istituisce i Cahiers des dolèances per raccogliere suppliche e reclami di una popolazione messa a dura prova da carestie ed iniquità.

Si scopre così che molti di quei reclami riguardavano il modo arbitrario ed iniquo con cui nobili e prelati definivano le unità di misura. Queste differivano da una provincia all’altra, da una città all’altra ed a volte persino all’interno dello stesso villaggio!

All’epoca in Francia si contavano più di 200 unità di misura chiamate libbra e poi innumerevoli altre chiamate leghe, aune, moggi. Un inestricabile caos che frenava l’economia ed era fonte di gravi ingiustizie soprattutto verso la povera gente.

E’ così che all’inizio del 1792 due astronomi, Jean-Baptiste Delambre e Pierre Méchain vengono incaricati di misurare l’arco di meridiano tra Dunquerque e Barcellona.

Per i due scienziati non è impresa facile, la Francia è squassata dai moti rivoluzionari ed i due, tra mille disavventure, riuscirono a completare l’incarico soltanto dopo sette anni. Il 28 novembre 1798 a Carcassonne si riunisce una commissione internazionale incaricata di verificare i loro calcoli.

Si arriva così al 24 aprile 1799, pochi mesi prima del colpo di stato che conferirà a Bonaparte poteri dittatoriali, quando la Commission des poids et des mésures decretò che il “metro legale” era costituito da un regolo di platino costruito in due esemplari e corrispondente circa a un decimo di milionesimo di un quarto di un meridiano terrestre.

Per quanto riguarda invece l’unità di misura del peso, il chilogrammo fino agli anni Novanta dello scorso secolo questi era definita dal Grand Kilo.

Si tratta di un cilindro fatto per il 90% di platino, con un diametro di circa 5 cm. La conservazione di questo prototipo internazionale è stata realizzata con i più rigorosi criteri: viene utilizzato un sotterraneo blindato, per la cui apertura occorre l’uso contemporaneo di tre diverse chiavi, custodite da tre personalità del Bureau international des poids et mesures. L’apertura avviene previa autorizzazione del Comitato Internazionale dei Pesi e delle Misure.

Le condizioni di temperatura, pressione e umidità sono costanti e si evita il contatto con la polvere tenendo il prototipo sotto tre campane di vetro. Tale prototipo veniva usato per le comparazioni (ogni 40 anni circa).  Altri campioni dell’unità di massa, realizzati per gli stati aderenti alla Convenzione del Metro differiscono dal capostipite per ±0,3 mg. Sei di tali campioni servivano a ricostruire il prototipo internazionale nel malaugurato caso questo dovesse divenire inservibile.

Il platino fu scelto per la sua densità che limita il contatto con l’aria, per essere un buon conduttore che riduce quindi la formazione di elettricità statica che potrebbe alterare il numero degli atomi ed infine per la sua durezza che riduce i rischi di micro graffi. Nonostante tutte queste precauzioni durante una serie di controlli avvenuti negli anni Novanta dello scorso secolo ci si accorse che il chilogrammo ufficiale aveva perso perso una quantità di massa equivalente ad un’impronta digitale e nessuno ne conosce le cause.

La scomodità legata all’accessibilità dei campioni unita alla loro dubbia accuratezza hanno convinto i tecnici e gli scienziati a cercare una definizione di chilogrammo maggiormente soddisfacente e correlata come per le altre unità di misura a delle costanti della fisica.

Per questo dopo alcuni anni di studio e di riflessioni ed aver soppesato diverse opzioni per sostituire il glorioso Grand Kilo, con votazione avvenuta il 16 novembre 2018, il Bureau international des poids et mesures ha stabilito che, dopo il 20 maggio 2019, il chilogrammo viene definito tramite una proprietà fisica correlata ad una costante fondamentale , ossia come la quantità di massa per compensare una forza in una Bilancia di Watt percorsa da una data quantità di corrente; utilizzando le definizioni di volt e di ohm, tale misurazione è correlata alla Costante di Planck (6,626 070 15 × 10–34 J s).

La ridefinizione dell’unità di misura della lunghezza si era avuta precedentemente già nel 1983 durante la 17ª Conférence générale des poids et mesures (Conferenza generale di pesi e misure) a Parigi, il metro venne ridefinito come la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo pari a 1/299 792 458 di secondo assumendo che la velocità della luce nel vuoto, per definizione, è pari a c = 299 792 458 m/s. Questa definizione, ed il valore della costante fisica, sono stati confermati nel 2018 dalla 26ª CGPM.