Postęp zaczyna się kilka miejsc po przecinku

W Europie systemowi metrycznemu opiera się tylko Wielka Brytania

Podstawową jednostką długości miał być metr. 10 grudnia 1799 r. wykonano z platyny legalne wzorce metra i kilograma, umieszczając je w Sèvres pod Paryżem. Miary, który sprawdziły się we Francji, awansowały do rangi Międzynarodowego Systemu Jednostek (Système International - SI). 20 maja 1875 r. 17 państw świata podpisało konwencję metryczną, wprowadzającą układ metryczny jako obowiązujący w swoich krajach. Jednolite jednostki miar umożliwiły międzynarodową wymianę handlową z prawdziwego zdarzenia. Nie tylko. Uniwersalny system pomiarów przyczynił się do przyśpieszonego rozwoju cywilizacyjnego i ogromnego postępu technologicznego. Datę sprzed 135 lat - 20 maja - obchodzi się na całym świecie jako Światowy Dzień Metrologii, nauki o mierzeniu i urządzeniach pomiarowych, trochę niedocenianej dyscypliny, bez rozwoju której trudno sobie wyobrazić funkcjonowanie współczesnego człowieka i współczesnego świata.

Dalej, szybciej, wyżej

Nie ma drugiej dziedziny, która tak czytelnie pokazywałaby możliwości współczesnych urządzeń pomiarowych, jak sport. Dokładny pomiar wzbudza nasze zaufanie, co do uczciwości zawodów.

- Ustanawianie nowych rekordów związane jest często z doskonaleniem metod ich pomiaru. Przykładem może być krótka historia kolejnych rekordów w sprincie. Na przestrzeni 65 lat - od 1912 r. do 1976 r. - bito go 7-krotnie, gdyż dokładność pomiaru czasu wynosiła zaledwie 0,1 s. Wprowadzenie pomiaru elektronicznego i zwiększenie dokładności do 0,01 s spowodowały, że w ciągu zaledwie 15 lat - od 1993 r. do 2007 r. - rekord został pobity aż 8-krotnie - mówi Janina Maria Popowska, prezes Głównego Urzędu Miar.

Współczesne urządzenia rejestrują znacznie więcej niż szybkość, wysokość czy odległość. Także lokalne warunki atmosferyczne, siłę wiatru czy temperaturę wody w przypadku pływaków. Rywalizacja sportowców stała się bardziej skomplikowana. Bardzo dalekie lądowanie nie oznacza, że skoczek wygrał zawody. Kibice muszą poczekać na obliczenia komputerów, które na podstawie danych dotyczących siły i kierunku wiatru w kilku punktach na zeskoku, korzystając z odpowiednich algorytmów, przeliczą odległość na punkty.

O zwycięstwie w wyścigach mogą decydować milimetry. Jeśli trudno wskazać kolejność zawodników, jury korzysta z zapisów fotokomórki, która potrafi uchwycić ułamkową chwilę. Tak zdobyła brązowy medal olimpijski Justyna Kowalczyk.

Metrologia ma swój udział także w nieprzyjemnej stronie rywalizacji sportowej - kontroli antydopingowej. - Stwierdzenie, czy masa lub poziom środków farmakologicznych w organizmie sportowca mieszczą się, czy też nie, w przyjętych granicach, nabiera istotnego znaczenia nie tylko dla sportowców. To najtrudniejsze i najbardziej kontrowersyjne pomiary podczas zawodów sportowych - mówi Janina Maria Popowska.

Nie tylko sportowcy, ale każdy przeciętny człowiek każdego dnia korzysta z urządzeń pomiarowych. Nawet nie zdajemy sobie sprawy z tego, jak wiele rzeczy na co dzień musi być policzone, zmierzone, zważone.

Nie ma życia bez pomiarów

6.30. Budzik zrywa nas na równe nogi. Toaleta, ubieranie się i makijaż wyliczone co do sekundy. Szybkie śniadanie - najwyżej 200 kalorii. Liczba centymetrów w biodrach nie pozwala na więcej. Ekspres do kawy programujemy na jedną filiżankę, w tosterze ustawiamy czas o 30 sekund dłuższy niż wczoraj. Grzanka będzie bardziej chrupiąca. Elektroniczny pilot otwiera garaż i wsiadamy do samochodu. Przed nami 12,5 km do pokonania, aby dostać się do pracy. Sekundy, minuty, gramy, milimetry, centymetry i kilometry, kalorie, krótsze i dłuższe fale radiowe, mikrofale - to wszystko jednostki wykorzystywane w układach, którymi naszpikowane są przedmioty codziennego użytku.

- Czy zdajemy sobie sprawę, że samochody, którymi jeździmy, to systemy pomiarowe na kółkach? Metrologia stoi na straży bezpieczeństwa kierowców i pasażerów, stanowiąc podstawę do konstruowania systemów chroniących pojazd przed niekontrolowanym poślizgiem, przewróceniem samochodu, skracając drogę hamowania, minimalizując skutki zderzenia, ułatwiając prowadzenie w trudnych warunkach atmosferycznych i cofanie. Urządzenia pomiarowe kontrolują czas pracy kierowców oraz prędkość jazdy, stan najważniejszych podzespołów, zapas paliwa, wskazują drogę do celu podróży. Zazwyczaj nie jesteśmy świadomi wszystkich funkcji pomiarowych wypełnianych na pokładzie naszego samochodu. A to tylko jedno z urządzeń służących wygodzie człowieka... - mówi prof. Janusz Gajda, kierownik Katedry Metrologii na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki AGH. Dziś trudno sobie wyobrazić jakąkolwiek działalność człowieka bez udziału metrologii. - Produkcja, sterowanie obiektami i systemami np. transportu, handel, dystrybucja towarów, ochrona zdrowia i ochrona środowiska, działalność naukowa, zwłaszcza w fizyce, chemii, biotechnologii - wszystkie te dziedziny nie mogłyby się rozwijać bez postępu w metrologii - dodaje prof. Gajda, a żeby nie być gołosłownym, przytacza garść przykładów z dyscypliny chyba najważniejszej dla człowieka - medycyny. Sala operacyjna, a także sale na oddziałach intensywnej opieki medycznej są przykładami zastosowania najnowocześniejszych systemów pomiarowych kontrolujących funkcje życiowe i parametry fizjologiczne pacjenta: temperaturę ciała, ciśnienie, tętno. Realizowany obecnie projekt "Polskie Sztuczne Serce" to - zdaniem krakowskiego profesora - rozwiązywanie w dużej części problemów metrologicznych związanych z kontrolą parametrów wszczepionej protezy serca. Rozwój nauki o mierzeniu umożliwia bardziej wnikliwą diagnostykę pacjentów, stałe i zdalne monitorowanie parametrów fizjologicznych (np. kardiologicznych), wspomaganie chorych np. przez stosowanie glukometrów czy pomp infuzyjnych. Elektronika, informatyka, telekomunikacja stymulują rozwój metrologii. Efekt? Choćby wirtualna bronchoskopia wspomagająca lekarza podczas zabiegu.

To teraźniejszość. A przyszłość? - Trwają prace nad budową, w oparciu o technologię układów scalonych (VLSI), urządzeń do pomiarów i stymulacji in vivo (wewnątrzustrojowego) oraz in vitro (poza organizmem) żywych sieci neuronowych, np. mózgu, siatkówki czy też sztucznie hodowanych sieci neuronowych - twierdzi prof. Gajda z AGH.
- Pracujemy nad układami i algorytmami bezprzewodowej transmisji danych pomiarowych z inteligentnych systemów monitorowania stanu pacjenta. Opracowane rozwiązania są przeznaczone do współpracy z takimi urządzeniami diagnostycznymi, jak np. bezprzewodowa kapsuła endoskopowa, bezprzewodowy system rejestracji biopotencjałów neuronowych, kapsuły do diagnostyki układu pokarmowego itp. XX wiek był czasem rewolucji technicznej i informatycznej. XXI będzie wiekiem rewolucji w obszarze czujników. Apogeum tych zmian jest przewidywane na lata 30. tego stulecia - przekonuje prof. Janusz Gajda.

To, jak wielki osiągnęliśmy postęp cywilizacyjny, dzięki udoskonaleniu systemów pomiarowych, możemy sobie uświadomić, cofając się do początków historii miar.

Bo człowiek ma 10 palców

Na początku były stopy, łokcie, piędzi, palce, sążnie, wiorsty i wiele, wiele innych "ludzkich" parametrów, którymi mierzono świat. Podstawowym instrumentem mierniczym był bowiem człowiek. Ale stopa stopie, łokieć łokciowi, a sążeń (siąg, czyli maksymalny rozstaw rąk) sążniowi nierówny. Różniły się też wiorsty, które to jednostki oznaczały odległość wyznaczoną donośnością ludzkiego głosu. Tylko podział na godziny, minuty i sekundy od starożytności utrwalił się na świecie i czas płynął ludziom porównywalnie. Nie miał jednak aż takiego wpływu na nich jak dziś, kiedy ważna jest każda sekunda. W 1899 r. "Echa Płockie i Łomżyńskie" donosiły, że płocczanie mierzą czas według dwóch miejskich czasomierzy: zegara na ratuszu miejskim i drugiego na baszcie, służącej za dzwonnicę przy katedrze. "Niektórzy jeszcze kierują się według gwizdawki w budynku monopolowym. Otóż wszystkie te zegary nie chodzą równolegle, a różnice, choć niewielkie, dochodzą do ćwierci godziny...".

Jeśli chodzi o pozostałe miary, wciąż podejmowano próby ich standaryzacji. Zachował się np. przepis z 1536 r. ustalający wzorzec miary gruntu. Wybierano 16 kolejnych mężczyzn wychodzących z niedzielnej mszy. Ustawiali oni prawe stopy tak, aby ich szesnaście butów znalazło się w jednej linii jeden za drugim. Tak otrzymaną jednostką mierzono ziemię.

Co targ to obowiązywały inne garnce i korce (miary objętości), co było przyczyną konfliktów kupieckich, a zdarzało się, że i zbrojnych.

- Własna miara i prawo kontroli nad jednostkami miar były widocznymi symbolami potęgi i wolności. W średniowieczu każde silniejsze miasto miało własne miary. Ukształtowała się ich wielka różnorodność i różnorodność mierzenia - mówi Janina Popowska, prezes GUM. Z tego powodu bardzo trudny był handel nie tylko między państwami, ale i województwami czy powiatami. Oczywiście przywiązywano wagę do uczciwości pomiarów, powierzając kontrolę nad jednostkami miar wojewodom (dekret z 1420 r.) czy starostom (uchwała Sejmu z 1565 r.), ale oszukiwać było dość łatwo. Korzec pszenicy kupiony od jednego kupca mógł bardzo różnić się od korca innego kupca, ale udowodnić to...
- Jak ważna była potrzeba wprowadzenia jednolitego systemu miar i stworzenia urzędu, który sprawowałby pieczę nad nim, świadczy fakt, że jednym z pierwszych aktów prawnych odradzającej się Rzeczypospolitej był "Dekret o miarach". 9 lutego 1919 r. podpisem Naczelnika Państwa, marszałka Józefa Piłsudskiego, system metryczny został wprowadzony w Polsce. 12 maja 1925 r. Polska przystąpiła do konwencji metrycznej - przywołuje ważne daty Janina Maria Popowska.

System metryczny, tak samo jak wiele systemów obowiązujących przed nim, oparł się na człowieku, jako podstawowym instrumencie miary, a dokładnie na układzie dziesiętnym. Człowiek ma przecież 10 palców u rąk. Dziesięć u nóg.

Francuscy akademicy przyjęli definicję metra jako jednej dziesięciomilionowej część odległości między biegunem i równikiem. Współcześni naukowcy opracowali bardziej precyzyjne prototypy podstawowej jednostki długości. Jeszcze 30 lat temu obowiązywała definicja metra oparta na odniesieniu do lampy kryptonowej. Od 1983 r. metr jest odległością, jaką pokonuje światło w próżni w czasie 1/299 792 458 s.

W 2011 r. przewiduje się zmiany definicji innych jednostek z układu SI: kilograma, ampera, kelwina, mola. Powstają wzorce zupełnie nieznanych wcześniej miar. Kto kilkadziesiąt lat temu zapytałby o jednostki mocy kermy w powietrzu dla promieniowania gamma albo o wzorce wielkości elektrycznych oparte na zjawiskach kwantowych? Wzorce to najczęściej skomplikowane wzory matematyczne. Metrologia stymuluje postęp technologiczny, a zaczyna się on na kolejnym miejscu po przecinku.

W 2000 r. Dyrektywa Unii Europejskiej wprowadziła w całej UE obowiązek stosowania systemu metrycznego. Opiera się tylko Wielka Brytania, trwająca przy funcie, uncji, calu, stopie, galonie i pincie. Tamtejsi sklepikarze stosujący tradycyjne miary ciągani są po sądach i z tego powodu nazywani męczennikami metrycznymi. Jednak i ten stan ma się ku końcowi. 40 lat temu w Wielkiej Brytanii funt dzielono na 20 szylingów po 12 pensów każdy. Dziś o tym skomplikowanym systemie monetarnym pamiętają tylko najstarsi.

W artykule wykorzystano informacje z książki Janusza Mariana Jaworskiego "Człowiek a pomiar, czyli krótka historia mierzenia".

EWA PIŁAT