Historia del Metro Patrón - La unidad que nació en París

A su vez, se decidió que esa distancia se determinaría midiendo el arco de meridiano que pasaba por Dunkerque, París y Barcelona.

La medición se encargó en 1792 a los astrónomos Jean-Baptiste Delambre y Pierre Méchain, que en junio partieron desde París en direcciones opuestas con el objetivo de medir ese sector del meridiano. 

Delambre fue al norte (Dunkerque) y Méchain al sur (Barcelona). Luego de medir ese arco parcial, extrapolaron la distancia total del Polo Norte al Ecuador.

El 10 de diciembre de 1799 se adoptó en Francia el sistema métrico decimal.

Napoleón Bonaparte, recién nombrado primer cónsul de la República, proclamó: "Las conquistas van y vienen, pero este logro permanecerá para siempre".

¿Quiénes integraron la Comisión encargada de definir el primer metro patrón?

Cuando se habla genéricamente de “la Comisión encargada de definir el primer metro patrón” se suele aludir en conjunto a un entramado burocrático y técnico que se fue organizando a partir de la primera decisión. Resumiré a continuación las fases de esa organización:

• 1790: Hacía un año del comienzo de la Revolución Francesa, cuando la "Asamblea Nacional Constituyente" encarga a la "Académie des sciences" que estudie una nueva unidad de longitud.

• La Académie nombra un “Comité” (a veces traducido como "Comisión") formado por Borda, Lagrange, Laplace, Condorcet y Monge para proponer la definición.

• Tras el informe de 1791, la Convención Nacional crea el “Comité provisoire pour la détermination des mesures” (Comité provisional para la determinación de las medidas).

• En 1793-1795 el asunto pasa a una estructura más formal: la “Commission des Poids et Mesures” (en castellano, "Comisión de Pesos y Medidas"), dependiente de la "Comisión Ejecutiva de Instrucción Pública".

Así que el nombre correcto en francés para el órgano revolucionario que finalmente normalizó y fabricó los primeros patrones es: "Commission des Poids et Mesures" (Comisión de Pesos y Medidas).

Los Científicos que participaron en el logro del Metro Patrón:

Desde la creación de la primera Comisión de 1790, a lo largo de los años fueron integrándose en diferentes funciones Directivas, Comités Técnicos, y Delegaciones para tareas específicas y/o auxiliares, cada uno en su especialidad Profesional pero todos colaborando para el mismo objetivo final (la definición científica de la Unidad Metro y su primer patrón), los siguientes nombres ordenados alfabéticamente por apellido:

• Jean-Charles de Borda.
• Mathurin-Jacques Brisson.
• César-François Cassini de Thury.
• Charles-Augustin de Coulomb.
• Jean-Baptiste-Joseph Delambre.
• René Just Haüy.
• Joseph-Louis Lagrange.
• Adrien-Marie Legendre.
• Pierre-Simon Laplace.
• Antoine Lavoisier.
• Pierre Méchain.
• Jean-Baptiste Meusnier.
• Gaspard Monge.
• Mathieu Tillet.
• Alexandre-Théophile Vandermonde.

Una mención aparte merece otro científico francés posterior: François Arago.

Entre 1806 y 1809, ya con Méchain fallecido, François Arago, que entonces era un joven astrónomo del Observatorio de París, fue enviado a completar y verificar las mediciones del arco meridiano que había realizado su predecesor, sobre todo en el tramo español para incluir la Isla de Fomentera, una de las Islas Baleares, para la mejora de los datos y para otros fines científicos (la longitud del arco y el geodésico).

Este trabajo final de medición precisa y recálculo del Meridiano de París que encabezó François Arago, le valió un homenaje en dicha ciudad, primero con una estatua que luego fue fundida por los alemanes para fabricar armas durante la ocupación en la WW2, y después con un "monumento distribuido" formado por muchos medallones con su apellido que fueron instalados en el suelo de París por donde pasa el meridiano; de los cuales aún quedan bastantes. Son los conocidos "Medallones Arago", sobre los cuales escribí otro artículo mostrándolos en fotos.

Por lo tanto, Arago es célebre por haber continuado y perfeccionado la medición del arco meridiano Dunkerque-París-Barcelona-Mallorca, extrapolando luego de forma más precisa la longitud del Meridiano completo que pasa por París, pero no fue miembro de la comisión original del metro ni participó en la definición del primer metro patrón.

Si se tomasen en cuenta las correcciones que Arago y su asistente de apellido Biot aportaron al extender y verificar el arco meridiano hasta las islas Baleares, el “metro” definido como la 1/10.000.000 parte del cuadrante del meridiano de París resultaría ser ≈ 1,00019657 m, es decir ≈ +0,19657 mm más largo que el metro legal (1,00000000 m)

Mètre étalon:

Mucho antes que el sistema métrico decimal fuera adoptado internacionalmente, la Convención Nacional quiso que el nuevo patrón (que se midió en 1795) empezara a ser conocido y mandó instalar 16 muestras en mármol blanco entre 1796 y 1797 por los distintos barrios de París. A cada una de esas muestras se las conoció como “Mètre étalon”.

La estandarización de las medidas fue una victoria de la ciencia en medio de un tiempo revolucionario, con todo lo que eso conlleva; pero ese logro no fue asimilado de inmediato por la sociedad francesa, la cual tenía costumbres muy arraigadas y prefirió seguir comerciando con las unidades viejas.

La política del gobierno imperial nada pudo hacer ante la pesada inercia de la gente y terminó cediendo. El 12 de febrero de 1812, cuando se preparaba para la campaña rusa, Francia volvió a adoptar las "medidas habituales"; para que no hubieran desinteligencias atribuibles a mediciones erradas en plena guerra.

Si bien la unidad de medición “oficial” seguiría siendo el metro, las medidas “de uso común” en toda Francia se aproximarían a las de la ciudad de París del Antiguo Régimen.

La longitud, por ejemplo, se medía con la “toesa”, que antes era de 1,949 metro, y luego se redondeó en dos metros. Pero, igual que el sistema métrico, las nuevas medidas también fueron rechazadas por el pueblo y durante la Restauración de la Monarquía prevalecieron las del Antiguo Régimen (¡todo para atrás!).

Holanda, la visionaria del éxito.

Pero en el año 1837, el nuevo rey de Francia, Luis Felipe, quiso adjudicarse para su régimen el logro científico de la Iluminada Revolución. Entonces revocó el uso de las "medidas habituales" y volvió a establecer el sistema métrico como símbolo de modernización.

Curiosamente para entonces su país, Francia, a pesar de ser el inventor, ya no sería el primero que adoptase definitivamente estas nuevas unidades de medición.

Ya hacía 17 años desde que estas medidas eran oficiales en Holanda, Bélgica y Luxemburgo, donde habían llegado con las tropas imperiales francesas, y fueron copiadas y adoptadas con gran aceptación por la Casa de Orange para sus territorios.

En 1820, Guillermo I de Orange declaró oficial el sistema métrico en los Países Bajos, y Bélgica lo conservó luego de separarse de Holanda diez años después.

Por fin el metro cumplía su función: contribuir a la unificación política nacional y facilitar el comercio internacional. Y no solo eso. El ejemplo de España muestra que el sistema métrico, además de unir internamente a los países, unió a éstos con sus colonias dispersas por el Mundo.

España fue una de las primeras naciones invitadas a sumarse al sistema métrico. Por eso el arco del meridiano terminaba en el castillo de Montjuïc en Barcelona; y un grupo español dirigido por el matemático y marino Gabriel Ciscar, ayudó en las mediciones a los científicos franceses.

Pero luego, el temor de los reyes de España al contagio revolucionario francés, hizo que esa invitación fuera inicialmente rechazada por España.

Recién en 1849, por una ley promulgada por Isabel II, se adoptó el sistema métrico en España, aunque las viejas medidas siguieron usándose varias décadas.

A escala mundial, la adopción del metro por parte de la gente no siguió inmediata y automáticamente el dictado de las leyes; pero acompañó a la extensión de la educación, el comercio y el transporte.

Durante doscientos años, el sistema métrico se fue imponiendo lentamente en todos los rincones del planeta, y hoy quedan sólo tres países: Myanmar, Liberia y Estados Unidos de América, que aún se resisten a incorporarlo...

Esta tozudez de Estados Unidos de América, le costó un papelón internacional en Septiembre de 1999, cuando la nave Mars Climate Orbiter se estrelló en Marte, por una confusión entre millas y kilómetros...

Pasó que el Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, encargado de programar los sistemas de navegación de la sonda, usó como hace todo el mundo el sistema MKS, o Sistema Internacional (SI) (metros, kilogramos y segundos) para realizar sus cálculos; pero el otro laboratorio, el Lockheed Martin Astronautics de Denver, que diseñó y construyó la Mars Climate Observer, ridículamente aún utiliza el sistema inglés (para longitud las pulgadas, pies y millas; para el peso las libras, etc).

Alguien olvidó convertir los datos de navegación de un sistema a otro antes del lanzamiento al espacio... olvido que le costó a los contribuyentes estadounidenses 125 millones de dólares del valor de la sonda, más todos los costos del lanzamiento.

Evolución de los Metros Patrones

Metro patrón de París

El primer metro patrón fue depositado en los archivos de París en 1796.

Es el que se calculó como la 1/10.000.000 parte de la distancia entre el Polo Norte y el Ecuador a lo largo de la línea del meridiano que pasa por París. Contaba con una incertidumbre absoluta que variaba apenas entre 0,1 mm y 0,5 mm. La incertidumbre relativa era 10^-4.

En 1799 lo reemplazó otro metro patrón de platino que permitía una incertidumbre relativa de 10^-5 (10 veces menor que el anterior).

En 1889 la metalurgia y el diseño de los artefactos de medición habían mejorado significativamente.

Se construye entonces el nuevo Patrón Internacional del Metro. Un artefacto producido a partir de la aleación de platino-iridio se probó rigurosamente y se seleccionó debidamente para reemplazar a su precursor, lográndose bajar la incertidumbre a 10^-7 (100 veces menor que su precursor).

Éste se mantuvo como el estándar de medición internacional hasta 1960, y se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Sevrès, fundada entre muchos países en 1875.

El único ejemplar físico de metro patrón internacional oficial (la barra de platino-iridio que desde 1889 hasta 1960 definía la unidad de longitud para todos los países asociados del mundo), se guarda en el Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Sèvres, cerca de París (Francia), con acceso extremadamente restringido.

Pero además de ese prototipo internacional, en 1889 se fabricaron copias oficiales (llamadas prototipos nacionales) que se distribuyeron a distintos países miembros.

En el Musée des Arts et Métiers de París (Museo de Artes y Oficios de París), domiciliado en el n°60 de la Rue Réaumur, se conservan y exhiben ejemplares históricos anteriores del metro patrón. Aquí el público visitante puede ver:

-Barras patrón anteriores de platino puro (1799) y de platino-iridio (de mediados del siglo XIX, que fueron candidatos o prototipos secundarios.

-Copias de los patrones que se usaban para enseñanza, comparación y difusión de la unidad.

-También está la regla de platino de 1799 depositada tras la Revolución Francesa, uno de los primeros metros materializados tras la definición decimal.

Hasta aquí era lógico hablar del "Metro Patrón de París" , por ser un elemento físico, resguardado en cierto lugar, contra el cual se podía contrastar una longitud... pero eso cambió.

El Metro Patrón Atómico 

Ya en el siglo anterior (1864), Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896) había sugerido la posibilidad de usar la longitud de onda de la luz como patrón de longitud; pero no fue muy tenido en cuenta en aquel momento.

Años después, el desarrollo del interferómetro le dio la razón, y les brindó a los científicos un dispositivo óptico de precisión para realizar comparaciones utilizando ondas de luz. La precisión alcanzable con este método es de 1 en 10^9.

Había que determinar cual sería la mejor fuente luminosa para obtener esa precisión buscada.

Fue recién en 1961 cuando se adoptó por convenio internacional un Patrón Atómico de longitud. La elección recayó en la longitud de onda en el vacío de una radiación anaranjada, identificada por la notación espectroscópica "2p10 — 5d5", que es la emitida por un isótopo del kriptón (Kr86) en el salto cuántico entre los niveles 2p10 y 5d5.

Una vez decidido lo anterior, se midió cuidadosamente con esa luz el último metro patrón físico preexistente; determinándose que "Un metro es el equivalente a 1.650.763,73 longitudes de onda de esa luz en particular".

La elección de un metro patrón atómico ofrece varias ventajas respecto al físico:

- Mucha mayor precisión en las mediciones (dos órdenes de magnitud).

- Invulnerabilidad respecto a desastres (por ejemplo un incendio, un derrumbe) que podrían afectar al patrón físico resguardado en París.

- Los átomos que generan esa luz se encuentran en todo el Mundo, y todos los átomos de un elemento químico dado son idénticos entre sí, y emiten luz de la misma longitud de onda. Por lo tanto, un patrón atómico de esta naturaleza es accesible y es invariable.

- El isótopo elegido se puede obtener con gran pureza, y con relativa facilidad y bajo costo.

El Metro Patrón Relativista

Por último, la definición de metro vigente desde el 21 de octubre de 1983 hasta hoy, es “la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299.792.458 partes de un segundo”; siendo la velocidad de la luz en el vacío una constante universal (adoptada ese día), de acuerdo a la Teoría de la Relatividad.

Como la velocidad de la luz (y de cualquier radiación electromagnética) en el vacío es una constante que no depende de su longitud de onda (ya lo había deducido James Clerk Maxwell), se puede usar cualquier fuente de luz monocromática para la medición.

La incertidumbre absoluta es de apenas 0,1 nm (nanómetro) , y la relativa al metro 10^-10.

Preguntas frecuentes respondidas en este artículo

Esta fue la historia de un gran logro científico francés, que dio el puntapié inicial para un patrón fundamental de la Física.

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