Cuda pomiarów
Nowe metody produkcji umożliwiły we wzmożonym stopniu zaspokajanie potrzeb ludzkich; takie artykuły jak maszyny do szycia, radio itp. stały się dostępne dla szerokich warstw ludności. Nie byłoby to jednak możliwe, gdyby równocześnie nie osiągnięto wielkiego postępu w dziedzinie dokładności pomiaru: wymagała tego zasada zamienności, konieczność zapewnienia, że przy montażu nie trzeba będzie indywidualnie dopasowywać poszczególnych części do siebie oraz że zamiast zużytej lub zniszczonej części będzie można natychmiast nabyć gdziekolwiek część zastępczą, należycie pasującą.
Lecz poza masową produkcją również potrzeby w innych dziedzinach spowodowały postęp w dokładności mierzenia; wymienimy tu tylko geodezję, gospodarkę energetyczną, badania naukowe w dziedzinie fizyki, chemii i innych nauk przyrodniczych.
Zamiast dawnej „wysokiej“ dokładności rzędu 1 mm, stało się powszechne stosowanie dokładności nieomal 1000 razy większej tj. rzędu 1 mikrona = 1/1000 mm, a przy pomiarach najwyższej klasy — nawet drobnych części mikrona. Wzorce kreskowe, do których należy prototyp metra i jego kopie (długość 1 m ograniczona 2 kreskami), nie dają możliwości posunięcia się w dokładności poniżej 0,2 mikrona ze względu na niewykonalność odpowiednio cienkich kres.
Wielkim postępem było wprowadzenie do użytku przez Szweda Johanssona w r. 1911 tzw. płytek wzorcowych o kształcie prostopadłościanów, których grubość stanowi żądany wymiar. Przez złożenie kilku płytek można odtworzyć każdy wymiar w stopniach co 1 mikron. Dokładność płytek jest niezwykle wysoka, gdyż dochodzi do 0,02 mikrona. Płytki takie są tak dokładnie płaskie i wypolerowane, że nasunięte na siebie przywierają wskutek działania sił między cząsteczkowych tak mocno, iż potrzebna jest siła kilkudziesięciu kilogramów do oderwania ich od siebie.
Przy tak wysokiej dokładności — tradycyjna metoda bezpośredniego porównywania przez obserwowanie zgodności kresek lub końców dwóch wzorców, okazała się niewystarczająca. Musiano uciec się do nowej metody, w której „wzorcem“ — o dziwo! — jest niewidoczna, hipotetyczna fala świetlna.
Światło, jak wiadomo, rozchodzi się pod postacią drgań falowych, niosących energię, podobnie do fal, które widzimy na powierzchni wody, gdy rzucimy do niej kamień. Odległość sąsiednich grzbietów takiej fali nazywa się jej długością i zależy od niej barwa światła. Dla promieniowań widzialnych długość ta wynosi od 0,4 do 0,7 mikrona czyli średnio około jednej dwutysięcznej milimetra. Od wysokości wzniesienia fali zależy natomiast siła światła.
Jeśli na to samo miejsce padają dwa promienie świetlne, o tej samej długości fali, przy czym obie fale jednocześnie osiągają swe największe wychylenia, to w rezultacie następuje wzmocnienie światła w tym miejscu. Jeśli jednakże jedna z fal składowych osiąga swój grzbiet, podczas gdy druga — dolinę, to fale wygaszają się wzajemnie — w miejscu ich padania mamy ciemność. Jest to zjawisko interferencji światła.
Przez odpowiednie oświetlenie powierzchni, ograniczającej płytkę wzorcową, można uzyskać to, że te miejsca „wygaszone“ tworzą na powierzchni cienkie prążki. Przebieg tych prążków pozwala sądzić o płaskości i równoległości powierzchni płytki, a ich liczba w obrębie płytki (w porównaniu z inną płytką o znanych wymiarach) — o jej grubości. Istnieją przyrządy, zwane interferometrami, które pozwalają mierzyć nawet bez pomocy drugiej — znanej płytki.
Długość fali świetlnej okazała się tak stała, a pomiar jej tak pewny i łatwy do odtworzenia, że uznano, iż fala taka może stanowić „naturalny“ wzorzec długości, jakim przestał być południk ziemski. Drogą bardzo subtelnych pomiarów, dokonanych po raz pierwszy przez fizyka amerykańskiego Michelsona jeszcze w r. 1893, ustalono, że w metrze mieści się np. 1553164,13 długości fali czerwonego promieniowania świecącej parY kadmu. Mikron, najmniejsza dawniej jednostka, okazała się zbyt wielka przy niektórych pomiarach; wprowadzono nową jednostkę — Angstrem, — równą 0,0001 mikrona czyli jednej dziesięciomilionowej części milimetra. I ona nie jest jednak ostateczną granicą, bo w użycie wchodzi też jednostka „X“, tysiąc razy mniejsza od Angstrema.
Podobne względy jak przy pomiarach długości zmusiły do zwiększenia dokładności pomiaru również i innych wielkości.
Niezwykle precyzyjnie wykonane wagi równoramienne, obsługiwane z odległości kilkumetrowej (aby ciepło obserwatora nie powodowało wydłużenia ramion wagi) i u-mieszczone w specjalnych pomieszczeniach, umożliwiają dziś pomiar masy 1 kg z dokładnością do 0,002 mg, tj. dwóch miliardowych części mierzonej masy.
Zauważmy w tym miejscu, że szczególnie wielkie wymagania stawiają mierzeniu badania w dziedzinie budowy materii. Mamy tu do czynienia z wielkościami niezmiernie małymi i konieczne są szczególnie przemyślne sposoby, aby z pewnych pomiarów, gdzie wielkość mierzona jest uchwytna, można było wnioskować © innych nieuchwytnych wielkościach. Tak więc np. fizyk amerykański Millikan stwierdził, że masa elektronu wynosi 9,1.10-28 gramów.
Aby zdać sobie sprawę z tej liczby zauważmy, że liczba wyrażająca masę kuli ziemskiej w gramach jest dwukrotnie mniejsza od liczby elektronów w jednym gramie. Wiemy też np., że jądro wodoru ma masę 1840 razy większą od masy elektronu. Nie wiele brakuje, aby móc ważyć oddzielne elektrony….