Au Revoir, Le Grand K – ลาก่อน ‘เลอ กรองด์ กา’

If, then we wish to obtain standards of length, time, and mass which shall be absolutely permanent, we must seek them not in the dimensions, or the motion, or the mass of your planet, but in the wavelength, the period of vibration, and the absolute mass of these imperishable and unalterable and perfectly similar molecultes

— James Clerk Maxwell

วันที่ 30 พฤศจิกายน พ.ศ.2561

ถึงแม้สังคมมนุษย์ตั้งแต่ยุคอารยธรรมอียิปต์โบราณ จะมีการจัดระเบียบมาตราฐานของหน่วยชั่งตวงวัด แต่มักอยู่บนพื้นฐานของการเทียบวัดกับวัตถุสิ่งของทีไม่มีความแน่นอนในการให้ค่าปริมาณที่วัดเป็นค่าเดียวกัน อาทิ หน่วยความยาว คิวบิท (cubit) ที่นิยามเป็นระยะจากปลายนิ้วถึงข้อศอก หรือหน่วย ฟุต ที่ต้นกำเนิดจากความยาวเท้าของมนุษย์ จนกระทั่งการมาถึงของยุคเรืองปัญญา (Enlightenment) และการปฏิวัติอุตสาหกรรม (Industrial Revolution) ที่วิทยาศาสตร์เกิดการพัฒนาแบบก้าวกระโดด และนำไปสู่การเกิดมาตราฐานการวัดแบบสมัยใหม่ ที่ความแน่นอนแม่นยำ และมีความเป็นสากลที่ใช้ร่วมกันในแต่ละภูมิภาค

ฝรั่งเศสในยุคหลังการปฏิวัติฝรั่งเศส คือจุดเริ่มต้นของการสร้างมาตราฐานการวัดยุคใหม่ สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (Académie des Sciences) กำหนดมาตราฐานหน่วยเมตร โดยความยาว 1 เมตร คือระยะหนึ่งในสิบล้านส่วนของความยาวของเส้นเมอริเดียนที่ผ่านกรุงปารีส จากขั้วโลกเหนือถึงเส้นศูนย์สูตร โดยได้ส่ง 2 นักดาราศาสตร์ฝรั่งเศสคือ ฌ็อง-บาติสต์ เดอลองเบรอ (Jean-Baptiste Delambre) และปีแยร์ เมอแชง (Pierre Méchain) เดินทางไปวัดความยาวของโค้งเมอริเดียนจากหอระฆัง เมืองดันเคิร์ก ลงไปถึงเขามงต์จุยค์ เมืองบาร์เซโลนา เพื่อระยะที่วัดได้มาทำเมตรมาตราฐาน (Mètre des Archives) ครั้งแรก ในปี ค. ศ. 1799 ซึ่งเป็นปีเดียวกับที่มีการจัดทำมวลมาตราฐานกิโลกรัม (Kilogramme des Archives) ขึ้น ทำจากโลหะแพลตตินัม 100% และเป็นตามนิยามมาตราหน่วย 1 กรัม เท่ากับ น้ำหนักของน้ำ 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นจุดที่น้ำมีความหนาแน่นสูงสุด

หน่วยกิโลกรัมและเมตร เป็นหน่วยของระบบหน่วยที่เรียกว่าระบบหน่วยเมตริก (metric unit system) ซึ่งอยู่บนพื้นฐานตัวเลขหลักสิบและอาศัยการใช้คำนำหน้าหน่วยเพื่อแบ่งหรือทวีคูณปริมาณด้วยจำนวนเท่าของสิบ อาทิ มิลลิ- (หนึ่งในพัน) เซนติ- (หนึ่งในร้อย) หรือ กิโล- (พัน) เป็นต้น ดังนั้น มวล 1 มิลลิกรัม เท่ากับ หนึ่งในพันของ 1 กรัม หรือ หนึ่งในล้านของ 1 กิโลกรัม นโยบายปรับหน่วยวัดทุกอย่างให้อยู่บนพื้นฐานของหลักสิบของรัฐบาลสาธารณรัฐฝรั่งเศสหลังการปฏิวัติ ไม่ได้ใช้กับแค่หน่วยของน้ำหนักและความยาว แต่ยังลามไปถึงการใช้กับหน่วยของเวลาด้วย กล่าวคือ ใน 1 วันมี 10 ชั่วโมง ใน 1 ชั่วโมง มี 100 นาที และใน 1 นาที มี 100 วินาที ซึ่งเท่ากับว่า 1 ชั่วโมงในสมัยหลังการปฏิวัติฝรั่งเศส จะเทียบเท่า 2 ชั่วโมง กับอีก 24 นาที ของหน่วยเวลาที่ใช้กันในปัจจุบัน โดยข้อได้เปรียบอย่างหนึ่งของระบบหน่วยเมตริกคือ มนุษย์คุ้นเคยกับเลขระบบหลักสิบ ดังนั้นความสูง 1 เมตร 80 เซนติเมตร คือ 1.80 เมตร ขณะที่ในระบบหน่วยอิมพีเรียล ซึ่งใช้กันในเครือจักรภพอังกฤษในห้วงเวลานั้น ความสูง 5 ฟุต 9 นิ้ว จะไม่ใช่ 5.9 ฟุต แต่เป็น 5.75 ฟุต เพราะ 1 ฟุต มี 12 นิ้ว

เมื่อเข้าสู่ต้นศวตวรรษที่ 20 การเติบโตของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในแขนงใหม่ โดยเฉพาะด้านไฟฟ้าและแม่เหล็ก นำไปสู่ความต้องการให้มีการปรับมาตราฐานหน่วยของนานาชาติให้ครอบคลุมองค์ความรู้ใหม่นี้ จึงเกิดระบบหน่วยที่เรียกว่าระบบหน่วยนานาชาติ (Le Système International d’Unités) หรือระบบหน่วยเอสไอ (SI units) ซึ่งเป็นระบบหน่วยมาตราฐานสากลที่ใช้กันทั่วโลกในปัจจุบัน โดยระบบหน่วยเอสไอ จะประกอบด้วยหน่วยฐาน (base unit) 7 หน่วย คือ 1) กิโลกรัม (kg) หน่วยของมวล 2) เมตร (metre, m) หน่วยของระยะ 3) วินาที (s) หน่วยของเวลา 4) แอมแปร (A) หน่วยของกระแสไฟฟ้า 5) เคลวิน (K) หน่วยอุณหภูมิ 6) โมล (mol) หน่วยของปริมาณสสาร และ 7) แคนเดลา (cd) หน่วยของความเข้มการส่องสว่างแม้หน่วยเวลาในระบบหน่วยหลักสิบจะถูกยกเลิกไปสมัยนโปเลียนขึ้นมาเป็นผู้นำประเทศ แต่เมตรและกิโลกรัม ยังคงเป็นหน่วยที่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายในสมัยต่อมา จนนำไปสู่การประชุมนานาชาติเพื่อลงนามในอนุสัญญาหน่วยเมตร (Convention du Mètre) ที่ปารีส ในวันที่ 20 พฤษภาคม ค. ศ. 1875 โดยมี 17 ประเทศ เข้าร่วมประชุม ผลของอนุสัญญานำไปสู่การจัดตั้งสำนักงานมาตฐานน้ำหนักและการวัดนานาชาติ (Bureau International des Poids et Mesures – BIPM) เพื่อดูแลมาตราฐานของหน่วยระดับนานาชาติ และดำริที่จะจัดทำแท่งเมตรมาตราฐานและกิโลกรัมมาตราฐานเพื่อนิยามหน่วยเมตรและกิโลกรัม โดยในการจัดทำชุดแรกมีแท่งเมตรต้นแบบ 30 แท่ง และมวลกิโลกรัมต้นแบบ 40 ชิ้น ทำจากโลหะผสมระหว่างแพลตตินัม 90% และอิริเดียม 10% โดยมีการคัดเลือกแท่งเมตรและมวลกิโลกรัมต้นแบบที่เหมาะสมที่สุดเป็นแท่งเมตรต้นแบบนานาชาติ (International Prototype Metre, IPM) และกิโลกรัมต้นแบบนานาชาติ (International Prototype Kilogram, IPK) หรือที่มีชื่อเล่นเรียกกันว่า เลอ กรองด์ กา (Le Grand K – เค ที่ยิ่งใหญ่) ซึ่งถูกเก็บรักษาอยู่ที่สำนักงานของ BIPM ที่เมืองเซเวร์ ประเทศฝรั่งเศส เพื่อเป็นตัวกำหนดนิยามหน่วยเมตรและกิโลกรัมที่แท้จิงของโลก ส่วนต้นแบบตัวอื่นได้ส่งต่อให้ประเทศต่าง ๆ เพื่อเป็นมาตราฐานเมตรและกิโลกรัมของประเทศนั้น โดยอาจมีการส่งกลับไปสอบเทียบกับ IPM และ IPK ในบางครั้ง เพื่อรักษามาตราฐานเมตรและกิโลกรัม

ส่วนหน่วยอื่นนอกจากนี้ ล้วนเกิดมาจากหน่วยฐาน 7 หน่วยนี้ อาทิ หน่วยเฮิรตซ์ของความถี่ มาจากหน่วยวินาที เพราะ 1 เฮิรตซ์คือ 1 รอบต่อวินาที หรือหน่วยนิวตันของแรง มาจากหน่วยของมวล ระยะ และเวลา เพราะแรง 1 นิวตัน คือ แรงที่ทำให้มวล 1 กิโลกรัม มีอัตราเร่ง 1 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง

นอกจากนี้ การนิยามหน่วยถูกทยอยปรับเปลี่ยนให้อยู่บนพื้นฐานของสิ่งที่ถาวร ไม่แปรเปลี่ยน ดังที่ครั้งหนึ่งเจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ นักฟิสิกส์คนสำคัญแห่งยุคเรืองปัญญาของสก็อตแลนด์และผู้วางรากฐานฟิสิกส์สนามไฟฟ้าและแม่เหล็ก ได้เสนอแนวคิดของการสร้างมาตราฐานของหน่วย ณ ที่ประชุมขององค์กรความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์แห่งบริติช เมืองลิเวอร์พูล ในปี ค. ศ. 1870 ว่า

นิยามใหม่ของ 1 กิโลกรัม รวมทั้งการปรับเปลี่ยนนิยามหน่วยฐานเอสไอหน่วยอื่นจากมติการประชุมเรื่องมาตราฐานหน่วยที่ผ่านมานี้ จะเป็นก้าวเข้าสู่ยุคใหม่ของมาตราฐานหน่วยอย่างสมบูรณ์ นั่นคือ มาตราฐานหน่วยจะอิงกับค่าคงที่ทางฟิสิกส์ ไม่ต้องมีต้นแบบมาตราฐานหน่วยในรูปของวัตถุใด ๆ อีกต่อไป โดยการปรับเปลี่ยนครั้งสำคัญนี้ จะเริ่มต้นวันที่ 20 พฤษภาคม ปีหน้า ซึ่งจะครบรอบ 144 ปี ของการกำเนิด ‘เลอ กรองด์ กา’ จากการประชุมนานาชาติเรื่องมาตราฐานของหน่วยครั้งแรก จึงถือเป็นวาระโอกาสที่เหมาะสมที่จะเป็นการบอกลา ‘เลอ กรองด์ กา’ ไปตลอดกาล … Au revoir Le Grand K