20 maggio – giornata mondiale della metrologia
Era la seconda metà dell’Ottocento quando, l’esplosione della tecnica e della scienza, trainate dalla seconda rivoluzione industriale, fece maturare l’impellente esigenza ed improrogabile necessità di sviluppare una lingua “scientifica” comune a tutti. Non era infatti più sostenibile la situazione globale: in ogni nazione si adottavano sistemi di unità di misura differenti, rendendo quindi difficile lo scambio di informazioni e il confronto di risultati.
Furono i francesi a prendere la situazione in mano: Napoleone III nel 1869 indice la formazione di una commissione scientifica internazionale (con il coinvolgimento anche di paesi extraeuropei) con lo scopo di unificare i sistemi di unità di misura adottati dai vari paesi partecipanti.
Precisamente il 20 maggio 1875 i rappresentati di Argentina, Austria-Ungheria, Belgio, Brasile, Danimarca, Francia, Germania, Italia, Perù, Portogallo, Russia, Spagna, Svezia e Norvegia, Svizzera, Turchia, Stati Uniti d’America e Venezuela si riuniscono a Parigi per firmare la Convenzione del Metro.
Oggi nella Convenzione del Metro fanno parte 62 paesi membri e 40 paesi associati. Quella data, il 20 maggio 1875, è quindi celebrata in tutto il mondo come nascita della moderna metrologia. L’importanza di questo giorno è eccezionale per tutto il mondo scientifico e tecnologico. Finalmente, gli stati membri utilizzano gli stessi linguaggi e riferimenti per poter interpretare il mondo. Il secondo, il metro, il chilogrammo, l’Ampere, il Kelvin, la mole e la candela sono i 7 mattoni sui quali è costruita l’intera impalcatura della scienza e tecnologia moderne. È quindi di fondamentale importanza che la definizione di metro, così come quelle delle altre unità, sia condivisa da tutti i paesi del pianeta Terra, e che questa non vari nel tempo e nello spazio.
Le prime definizioni si basavano su artefatti umani: ad esempio la massa di un cilindretto di platino-iridio, conservato in maniera maniacale presso l’ufficio dei pesi e delle misure a Sèvres in Francia, era la definizione di chilogrammo (kg), il prototipo internazionale del chilogrammo “Le Grand Kilo”, fino al 20 maggio 2019. Se quel cilindro fosse stato rubato, sarebbe stata una catastrofe per l’intera umanità che si sarebbe ritrovata senza kg.
I rappresentanti di ogni paese della Convenzione del Metro si recavano quindi periodicamente in Francia per confrontare i propri riferimenti nazionali di kg (il nostro è conservato a Roma presso il Ministero dello Sviluppo Economico) con quel cilindretto di Sèvres. Ogni bilancia del mondo, da quelle pesa persone, a quelle da orefice, dalle pese per tir e container, ai bilancini di altissima precisione per uso scientifico, tutte erano tarate, indirettamente a cascata, tramite Le Grand Kilo! In realtà non ci sono mai stati furti, ma negli ultimi 100 anni ci si è accorti che Le Grand Kilo aveva perso ben 50 microgrammi: un vero dramma! Non era infatti più garantita la stabilità della definizione di kg nel tempo. Per questo, e per altri motivi ancor più rilevanti, il 20 maggio 2019 è stato deciso di rivoluzionare il sistema di unità di misura adottato dalla Convenzione del Metro, per abbandonare definitivamente l’uso di manufatti umani e di esperimenti idealizzati, per definire unità di misura. Si è deciso di affidarsi a ciò di più stabile che esiste al mondo: le costanti della natura. Ecco che il secondo è definito tramite una frequenza caratteristica dell’atomo di cesio, il metro tramite il secondo e la velocità della luce nel vuoto e il chilogrammo tramite il secondo, il metro e la costante di Plank.
Il discorso si complica un po’, ma l’idea alla base è semplice. Queste quantità costanti della natura non serve misurarle, visto che sono sempre quelle. Usiamole piuttosto per “agganciare” ad esse il nostro intero sistema. Nessuno, quindi, misura più la velocità della luce o la costante di Plank, i valori di queste costanti sono stati infatti decisi davvero per alzata di mano e non cambieranno più. La velocità della luce nel vuoto è infatti esattamente pari a 299 792 458 m/s perché così è stato deciso da noi.
Una volta deciso a tavolino il valore di queste costanti (Figura 1) indirettamente si sta definendo anche a quanto equivale il secondo, il metro, il chilogrammo etc. E quindi alla domanda: “che cosa è un chilogrammo?”, cosa si può oggi rispondere? La risposta non è più banale e scontata come ci è stata insegnata sui banchi di scuola visto che oggi la definizione di chilogrammo non è più coincidente con la massa di un oggetto fisico. Un chilogrammo è quella massa compatibile con il valore scelto della costante di Plank 6.62607015e-34 J s, punto. Questa risposta non è sicuramente appagante per molti, ma questo è. Dietro questa definizione c’è un mondo di scienza, difficilmente condensabile in poche righe.
Il concetto importante è che oggi qualunque nostra misura è agganciata più o meno indirettamente a qualche costante della natura. In questo modo chiunque sul pianeta Terra sia in grado di effettuare esperimenti che misurino queste costanti, potrà realizzare i propri prototipi di unità di misura, senza doversi recare a Sèvres. È quindi una definizione più democratica e sicuramente più stabile. Si corona così il sogno di Max Plank, il quale nel 1900 affermava che: “con l’aiuto delle costanti della natura abbiamo la possibilità di definire unità di lunghezza, massa e temperatura, che necessariamente mantengono la loro validità per tutti i tempi e per tutti popoli, anche extraterrestri e non umani”.
Il 20 maggio è quindi una giornata fondamentale, senza la scienza delle misure, la metrologia, non esisterebbe alcun sapere scientifico e tecnologico. Difatti come affermava Lord Kelvin nel 1883: “When you can measure what you are speaking about and express it in numbers you know something about it; but when you cannot express it in numbers, your knowledge is of a meagre and unsatisfactory kind; it may be the beginning of knowledge, but you have scarcely in your thoughts advanced to the state of Science, whatever the matter may be.”
Articolo a cura di Andrea Alimenti
