Excelente artículo publicado en la revista Investigación y Ciencia (Prensa Científica S.A., Barcelona), nº 88 de enero de 1984, páginas 42 y 43.

El metro
Leonardo Villena

Se ha considerado siempre el metro como la unidad más significativa en los diversos sistemas que se emplean en la ciencia, la técnica, el comercio y en múltiples aspectos de nuestra vida diaria.

Porque medir es resolver, avanzar, desde que la revolución del Neolítico hizo posible el sedentarismo, la agricultura, los excedentes y el intercambio. Para medir lo que se cambiaba fueron surgiendo unidades necesariamente relacionadas con la propia experiencia humana. El hombre comparaba el exterior consigo mismo y media el terreno a pasos, la longitud a brazas, el peso en cargas, los intervalos de tiempo en latidos del corazón.

El desarrollo de las ciudades (concentración de servicios y de intercambio) exigía fijar y controlar las unidades. En las islámicas, sin plazas, la vida pública se teje frente a las puertas, en el mercado a extramuros; y en esas puertas aparecen tallados pies y varas (Zafra) o pesos colgando (Granada). En la España islámica se trató de mantener la medida que establece el Corán y relacionar el codo con la medida de capacidad, eligiendo como medida de peso también la arroba. Por contra, en las ciudades cristianas, donde la vida y el mercado se arropan a la sombra de la Iglesia, será en la parte exterior de su ábside donde queden indeleblemente marcadas esas unidades, que suelen variar no sólo de región en región sino también de ciudad en ciudad. Para evitar la confusión, los gobernantes se preocuparon de unificar las unidades, sobre todo las de longitud y peso. En unos casos el pie o la vara fueron los que correspondían al rey. En otros, se cogieron unos cuantos hombres a la salida de la iglesia y se halló la media de sus pies.

Será la Revolución francesa quien inicie la unificación y racionalización de todas las unidades existentes, aparte de introducir los múltiplos decimales en el llamado sistema métrico decimal, basado en el metro geodésico. Inicialmente se trató de fijar cada unidad base por un prototipo material que la representara permanentemente. Así se hizo con el metro, el kilogramo, el ohmio, etcétera. Después, se descubrió que no estaba asegurada la invariabilidad de estas unidades materiales y que, accidentalmente, podían quedar destruidas. Se buscaron sustitutos en recetas de laboratorio que pudieran reproducirse con cierta facilidad. El progreso de la industria y del nivel de vida exigían cada vez menor imprecisión en las medidas, y por tanto en las unidades, y mayor fiabilidad en la transferencia y comparación de patrones entre los distintos centros. Un ejemplo clásico nos lo ofrece la industria de precisión, que hacia 1800 se conformaba con 1/4 de milímetro, en 1900 exigía 0,01 milímetros, en 1950 pasaba de 1/4 de micrometro, en la década de los 70 llegó a 0,01 micrometros, y hoy exige aún más.

Las distintas uniones científicas se han interesado por estos problemas creando en su seno comisiones de unidades y nomenclatura. También la Organización Internacional de Normalización tiene una comisión, la CT12, a ello dedicada. Los laboratorios nacionales de metrología se ocupan del problema. Todas estas sugerencias acaban siendo canalizadas hacia el Comité Internacional de Pesas y Medidas, CIPM, que tiene una serie de comités consultivos verticales (uno por cada unidad de base, aproximadamente) y un comité consultivo de unidades, que cubre todos los campos y prepara las proposiciones que el CIPM somete a la Conferencia General de Pesas y Medidas, cuyos acuerdos gozan de carácter legal en todos los países adheridos.

Así se ha ido elaborando el llamado sistema internacional de unidades, abreviadamente SI. Adviértase que este sistema no pretende ser una construcción intelectual que persiga, sobre todo, la perfección racional; se trata de un acuerdo convencional, un consenso puramente pragmático, que se quiere universal, preciso, cómodo y sencillo, sin olvidar su posible elegancia.

Distinguimos entre unidades básicas y unidades derivadas. La definición de toda unidad básica (metro, segundo, ampère, etc.) es la descripción de una situación experimental, que permanece invariable frente a cualquier reajuste en las otras unidades básicas, aun cuando las utilice para fijar el valor de las magnitudes de influencia o para especificar la propia situación experimental. Pero esas otras unidades, como las palabras, se utilizan sólo como símbolos y si esas unidades cambian, como si cambiara el sentido de una palabra, deberá modificarse adecuadamente la redacción de la definición para que siga describiendo la misma situación experimental. Con la excepción del kilogramo, cada unidad básica está ligada, en su realización, con una característica física: la de la luz, un periodo, la temperatura termodinámica del punto triple del agua, el número de átomos de una cantidad de sustancia, la permeabilidad en el vacío y la intensidad luminosa de una cierta cantidad de energía. El kilogramo está, por el momento, ligado a un patrón material.

El metro, que dio nombre al sistema métrico decimal y del que se derivarían el litro y el kilogramo, fue un producto de la Revolución francesa. Lo estableció en 1795 la Asamblea, siguiendo recomendaciones de la Academia de Ciencias. El metro era la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre según las mediciones que habían hecho en 1731 Jorge Juan de Ulloa en Sudamérica y que repitieron los científicos franceses en 1792 entre Dunkerque y Barcelona. En 1799 se repitieron las medidas y se materializó el metro en una regla de platino depositada en Francia. Al objeto de dar carácter internacional a estas medidas se convocó en 1889 la primera Conferencia General de Pesas y Medidas, a la que asistieron una serie de estados cuya lista ha ido aumentando. Se decidió entonces prescindir de la definición geodésica y fijar el metro por el famoso prototipo de platino iridiado que quedó celosamente guardado, bajo tres llaves, en Sèvres, del cual se repartieron una serie de copias de las que hay una en España.

Las crecientes necesidades de la industria sobrepasaron la precisión de este metro material. Todos los laboratorios de metrología se ocuparon de buscar una experiencia, un montaje de laboratorio, que permitiera reproducir a voluntad y con mayor precisión la longitud metro. Finalmente, en 1960 la undécima Conferencia General de Pesas y Medidas aprobó una resolución de largo alcance: el metro se obtenía por la suma de un cierto número (muy elevado) de longitudes de onda de una radiación naranja emitida por un átomo de kripton 86, reduciéndose la incertidumbre medida a 10^-8. A este cambio le siguió la sustitución en 1968 del segundo «astronómico» por el segundo «físico», basado en una frecuencia de cesio 133 y alcanzando una incertidumbre de 10^-13.

Resultaba paradójico e incómodo que el metro tuviera una precisión peor que el segundo, lo que redundaba en que la exactitud de las medidas de la velocidad de la luz quedara limitada por la precisión del metro. Por otro lado, las exigencias de los cálculos de astronáutica y astronomía exigían manejar con con seguridad la constante c, la velocidad de la luz que aparece en muchos cálculos. Todo ello llevó a la 15.ª C.G.P. y M. de 1975 a tomar una resolución histórica: recomendar que la velocidad de la luz, es decir, de las radiaciones electromagnéticas, dejara de ser una constante física a medir y se convirtiera en una constante de paso, con un valor fijo; justamente c = 299.792.458 metros por segundo.

Este acuerdo y el enorme progreso obtenido con láseres estabilizados hirió de muerte a la definición de 1960 para el metro, cuya realización podría disfrutar de incertidumbres más próximas a las del segundo. Si en un segundo la luz recorre c metros, recorrerá 1 metro en 1/c segundos. Pero hasta encontrar ensayos experimentales fiables los laboratorios de metrología hubieron de trabajar duro, ya que la definición, sin un procedimiento, ya probado, para repetir a voluntad el metro no tenía valor. Gracias al esfuerzo de diversos grupos de investigación en varios países y al cotejo continuo de sus resultados pueden hoy ofrecerse varios caminos experimentales para realizar «en casa» el metro según la nueva definición. Aun cuando la incertidumbre garantizada es sólo de 10^-10, es decir, de la décima cifra decimal, este límite está ya sobrepasado con lo que el metro puede codearse en precisión con el segundo.

La nueva definición es más sencilla y clara, deja gran libertad en el método experimental y no introduce variación alguna en el metro, reduciendo la incertidumbre en su realización experimental. Puede seguirse usando una longitud de onda dada, que ahora se obtiene midiendo su frecuencia en segundos y usando la fórmula l = c/f, donde lambda (l) designa la longitud de onda y f la frecuencia. En el caso de usar kripton se gana una cifra decimal más.

Pero también pueden usarse las radiaciones de una lista de láseres estabilizados por absorción saturada cuyas frecuencias se han determinado ya, por ciertos laboratorios metrológicos, con incertidumbres de hasta 10^-10 y que cada día ganan mayor precisión. (ver tabla 3 en la página 43 de la revista)

Y llegamos así a octubre de 1983, en que la XVII C.G.P. y M. decide: (1) El metro es la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la luz durante 1/299.792.458 segundos; (2) La definición de metro, en vigor desde 1960, fundada en la transición entre los niveles 2p₁₀ y 5d₅ del átomo de kripton 86 queda derogada.

(fin del artículo)

De la página web del BIPM http://www.bipm.fr transcribo: