La historia de la unidad de longitud contada por unos sellos de correos
El primer sello de correos se emitió en 1840 en el Reino Unido y diez años más tarde en España, bajo el reinado de Isabel II. Inicialmente los sellos de correos representaban símbolos de los estados, pero a lo largo del tiempo se puede decir que hay timbres que representan cualquier actividad, persona, animal, vegetal, mineral u objeto ….
Es incalculable el número de sellos emitidos en el mundo a lo largo del tiempo, seguro que más de un millón, de los cuales decenas de miles están dedicados a la ciencia, la tecnología o personajes relacionados con ellas. Los sellos son algo más que la contrapartida al pago del franqueo de nuestros envíos postales, en muchos casos son una lección condensada en unos centímetros cuadrados de papel engomado.
Desde tiempos, la diversidad de las medidas de longitud era enorme; movido por la racionalización del enciclopedismo, en 1790 la Academia de Ciencias francesa estableció que el estándar físico que representaba el metro (unidad de la longitud) debía ser construido de modo que igualara la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre, ya que la circunferencia de la tierra se había medido en 40.000 km. El proceso culminó más tarde con la entrega a los Archivos de la República Francesa de los patrones del metro y el kilogramo, confeccionados en aleación de platino e iridio. De estas definiciones de metro nos acordamos todos los que peinamos canas.
“El metro es la distancia equivalente a la diezmillonésima parte del cuadrante de meridiano terrestre”, o
“El metro es la distancia entre los extremos de una barra de platino iridiado que se encuentra en el museo de pesas y medidas de París”
En el sello (1) podéis ver que una regla de un metro se proyecta sobre un cuarto de meridiano, con la observación de que esta es la 10 millonésima parte de la longitud del arco. En el (2) podéis ver la importancia de la universalidad de la definición, se puede leer «A tous les temps, à tous les peuples», y en el (3) las imágenes de la barra de platino iridiado del metro y el cilindro del kilogramo.
Pero claro, no era sencillo ir a París y que te prestaran la dichosa barra de platino para calibrar tus equipos de medida, por lo que, en 1960, se decide establecer la unidad de medida del metro de una forma más precisa y reproducible en cualquier laboratorio sin necesidad de tener que viajar a la ciudad del amor.
Así, desde esta fecha el metro se define como:
«la longitud igual a 1.650.763,73 longitudes de onda en el vacío de la radiación correspondiente a la transición entre los niveles 2p10 y 5d5 del átomo de kripton86»
vaya tela, como para decirle al carpintero que nos haga una estantería de dos metros y medio.
Pero vamos a ver qué es esto, y para ello volvemos a nuestros sellos. En el sello (4) a parte de los lacres y las firmas de la convención que aparecen en el lado izquierdo, se ve el símbolo Kr86 con unas órbitas y rodeado de letras; debajo se ve una onda y una línea de acotación entre dos crestas (ver detalle, es decir la longitud de onda) y un numerito abajo. El numerito en cuestión es el número de veces por el que hay que multiplicar la longitud de onda para que nos dé un metro.
Las letras que aparecen alrededor del símbolo del kriptón representan las unidades fundamentales del sistema internacional de medidas
y para que veáis que esto también lo dicen los sellos, aquí tenéis una muestra un sello cubano y de otro rumano que demuestran la universalidad del sistema internacional de medidas
Vamos un poco más allá, el kriptón 86, es un gas noble, de los que están en la columna de la derecha de la tabla periódica y no reacciona con nadie, ya que tiene sus capas de electrones completitas y no le interesa pedir o prestar electrones para combinarse con otros, vamos un solitario; al igual que el xenón, acordaros de las luces de vuestro coche, cuando se le somete a una descarga eléctrica de alta tensión se excita y al decaer emite energía en forma de luz. Esta es la luz que emite el kriptón 86 (la franja superior del gráfico)
Podéis ver unas cuantas frecuencias en el violeta, en el amarillo, en el naranja y en el rojo, la del naranja/rojo (la que esta señalada con una flecha es de 605,7nm) y es la que utilizamos para definir el metro (es la que corresponde a la transición de los niveles electrónicos que se citan en la definición). (acordaros que nm significa nanómetro, igual a 10E-9 metros). Así:
605,75 nm x 1.650 763,73 veces = 1.000.000.000 nm = 1 metro
Pero, ¿por qué viene todo este lío para definir algo tan simple?
Porque esa longitud de onda de la emisión del kriptón es invariante, se mida en el laboratorio que se mida, tiene precisión, ya que el metro lo estoy definiendo como un múltiplo de una medida que es más de un millón de veces más pequeña; y tiene reproducibilidad, por lo puede hacerse en cualquier sitio.
Pero esto no acaba aquí, si os parecía un lío la definición de la unidad de metro anterior, los sabios del BIPM “Bureau Internacional de Pesos y Medidas” no se quedaron satisfechos y en 2014 aprobaron otra definición para la unidad de longitud, que es la que rige en la actualidad.
Ahora el metro se define en términos de la velocidad de la luz, que como sabéis es una magnitud enorme. El año-luz es una unidad de distancia, correspondiente a la que recorre la luz en un año; para que os hagáis una idea un fotón que sale del sol ahora, llegará a nuestras pupilas después de 8 minutos 20 segundos, sabiendo que la distancia al sol es del orden de 150 millones de kilómetros, implica que el tiempo para recorrer un solo metro ha de ser terriblemente pequeño.
Las técnicas más modernas basadas en interferencia de láseres nos dan un resultado para la velocidad de la luz en el vacío de 299.792.458 m/s, por lo que con una simple regla de tres, sabremos que para recorrer un metro tardará 1: 299.792.58 partes. Por lo que la nueva definición es:
“Un metro es la distancia que recorre la luz en el vacío durante un intervalo de 1/299.792.458 de segundo”.
Pero, otra vez ¿por qué este cambio?
Pues para saberlo tenemos que recurrir otra vez a los expertos del BIPM, que continuamente están evolucionando para introducir definiciones de las unidades en función de parámetros universales y constantes fundamentales, algo que sea invariante en cualquier lugar y en cualquier momento, en el caso que nos ocupa referenciándose a la constante universal de la velocidad de la luz, la famosa “c” de la ecuación de Einstein.
Y esto es todo por hoy. Ya sé que ahora no se mandan cartas, ya todo es electrónico, pero si alguna vez se os ocurre, cuando peguéis el reverso engomado de un sello sobre una carta, fijaros en el anverso, a los mejor hay una lección de ciencia que os está esperando.
Referencias :
1.- BIPM , folleto publicado sobre el sistema internacional de medidas SI https://www.bipm.org/en/publications/si-brochure
2.- Centro español de metrología CEM. Presentación de avances.
https://www.cem.es/es
3.- Fotos de sellos , colnect
Buenísima entrada de filatelia y física-química.