Một cái cân thời xưa. (Hình: en.wikibooks.org)

Khi con người bắt đầu buôn bán hay trao đổi hàng hóa là lúc người ta thấy cần có đơn vị đo lường. Vì có thống nhất sự đo lường hai bên mới buôn bán được. Do đó các nền văn minh trên thế giới đều có các đơn vị đo lường.
Việc định chuẩn các đơn vị đo lường rất là quan trọng nên chính phủ Hoa Kỳ có đặt ra một cơ quan gọi là Viện Tiêu Chuẩn và Kỹ Thuật Quốc Gia (National Institute of Standards and Technology, viết tắt là NIST) để chuyên lo về các chuẩn và kỹ thuật.

Hệ thống đo lường quốc tế 
Hầu hết các nước trên thế giới hiện nay đều dùng hệ thống đo lường quốc tế, gọi là Hệ Thống Đơn Vị Quốc Tế (International System of Units). Vì bắt nguồn từ nước Pháp nên có tên Pháp là Système International d’Unités (viết tắt là SI). Hệ thống đo lường này còn được gọi là hệ thống mét (metric system).
-Lịch sử hệ thống đo lường quốc tế: Trước khi có những dụng cụ tối tân thì con người sử dụng cái gì tiện dụng và có ngay tại chỗ, thí dụ chiều dài bàn chân nên có đơn vị đo chiều dài là foot (bàn chân). Nhưng chân thì có chân dài chân ngắn không thể dùng làm chuẩn được.
Mặc dù có thể đúc hay tạo ra một mẫu để làm chuẩn nhưng mẫu có thể mất hoặc hư hại. Hơn nữa thời xưa đi lại không dễ dàng nên mỗi địa phương thường có một chuẩn riêng cho mình.
Trước cách mạng Pháp năm 1789 nước Pháp có rất nhiều đơn vị đo lường. Sau cách mạng Quốc Hội Pháp thấy cần phải thống nhất các đơn vị đo lường nên yêu cầu Viện Hàn Lâm Khoa Học Pháp nghiên cứu giải pháp cho vấn đề đó. Họ cũng quyết định là hệ thống mới phải dựa vào vật chất trong thiên nhiên, như vậy mới bảo đảm được tính chất bất biến. Viện Hàn Lâm quyết định là dùng chiều dài của 1/10,000,000 của cung phần tư của vòng tròn lớn của trái đất, đo vòng qua hai cực của kinh tuyến chạy qua Paris. Sau sáu năm khảo sát mới ra được một chiều dài chuẩn gọi là metre. Từ “metre” này xuất xứ từ chữ Hy Lạp metron có nghĩa là đo lường.

Một mẫu chuẩn của mét. (Hình: npr.org)

Mét là đơn vị căn bản, nếu lớn hơn hay nhỏ hơn thì dùng hệ thống thập phân và những tiếp đầu ngữ (prefix) Hy Lạp. Thí dụ nhỏ bằng 1/10 mét thì gọi là đềcimét, nhỏ bằng 1/100 thì gọi là centimét và lớn bằng 1000 mét thì gọi là kilômét.
Những đơn vị đo lường khác được định nghĩa theo mét. Một gam (gram) là trọng lượng của một centimét khối nước ở trạng thái có tỷ trọng lớn nhất. Một lít là dung tích của một hình khối vuông mỗi chiều 1 đềcimét.
Năm 1799, mét và kilôgam được chấp nhận là đơn vị đo lường chuẩn cho toàn nước Pháp. Năm 1875 một hội nghị quốc tế họp tại Paris để thành lập một cơ quan quốc tế về trọng lượng và đo lường (International Bureau of Weights and Measures), viết tắt là BIPM theo tiếng Pháp Bureau International des Poids et Mesures. BIPM có trụ sở ở Sèvres gần Paris.
Để cho tiện lợi, mẫu chuẩn mét và kílôgam được chế tạo ra và để ở trung tâm BIPM. Nhiều phiên bản được làm ra để cho thế giới sử dụng.
Hiện nay hệ thống đo lường quốc tế có bảy thành phần căn bản. Đó là về chiều dài, thời gian, trọng lượng, nhiệt độ, cường độ dòng điện, cường độ ánh sáng và lượng chất (amount of substance). Trong bài này tôi chỉ nói tới chiều dài, trọng lượng và thời gian.
-Chiều dài: Năm 1889 mét được định là khoảng cách giữa hai vạch của một thanh hợp kim platium và iridium đặt tại trụ sở của BIPM.
Năm 1960, độ dài sóng của bức xạ krypton-86 được dùng để định mét. Năm 1983, mét được định lại là khoảng cách ánh sáng đi trong chân không một thời gian 1/299,792,458 giây. Vì tốc độ ánh sáng là bất biến nên đơn vị mét cũng trở thành bất biến.
-Trọng lượng: Từ năm 1889, chuẩn của trọng lượng là một kílôgam. Mẫu chuẩn của kílôgam là một khối hình trụ có chiều cao và đường kính khoảng 39 mm và làm bằng hợp chất platinum và iridium để ở trụ sở của BIPM.
Mẫu này được cất rất kỹ ở văn phòng của BIPM vì nếu nó bị rơi hay trầy trụa thì sẽ làm sự đo lường trên thế giới không đúng. Vì lý do đó mẫu chuẩn chỉ được lấy ra có mấy lần từ năm 1889.
Năm 2007, các nhà khoa học khám phá ra rằng mẫu chuẩn, không biết vì lý do gì, đã nhẹ hơn các phiên bản khoảng 50 microgam, tức là 50 phần triệu của một gam. Tuy rất nhỏ nhưng cũng đủ làm các nhà khoa học phải quan tâm và họ đang tìm cách định lại ki lô gam theo những hằng số của thiên nhiên như những đơn vị đo lường khác.

Phiên bản một kí lô gram của NIST. (Hình: commons.wilimedia.org)

Vấn đề rất phức tạp nên cho đến bây giờ, sau khi nghiên cứu hơn chục năm các nhà khoa học cũng vẫn chưa định được một kílôgam theo các hằng số thiên nhiên.
-Thời gian: Chuẩn của thời gian là một giây. Hồi xưa giây được định là 1/86,400 của một ngày trung độ (mean solar day). Định nghĩa như vậy không được chính xác cho lắm. Với những máy móc tối tân hiện tại cơ quan đo lường quốc tế thấy cần phải có một định nghĩa chính xác hơn. Năm 1956 một giây được định là 1/31,556,925.9747 của năm nhiệt đới 1900. Năm 1967 giây lại được định theo đồng hồ nguyên tử.
Đồng hồ nguyên tử dựa vào nguyên tắc là mọi nguyên tử của chất cesium-133 đều giống nhau và khi chất đó thu nhận hay phóng ra năng lượng thì sẽ gây ra phóng xạ với tần số không thay đổi. Một giây được định là thời gian trôi qua trong 9,192,631,770 chu kỳ của phóng xạ gây ra do sự chuyển dịch giữa hai vị thế của nguyên tử của cesium-133.
Năm 1949 Cục Tiêu Chuẩn Quốc Gia Hoa Kỳ chế tạo ra đồng hồ nguyên tử đầu tiên. Đồng hồ nguyên tử chính xác nhất hiện nay chỉ sai 1 giây trong vòng 15 tỷ năm. Tại sao cần sự chính xác cao độ như vậy? Vì nhiều máy móc điện tử về truyền thông cần đồng bộ với nhau chính xác tới khoảng 1 phần triệu giây trong một ngày.
Hệ thống đo lường Hoa Kỳ 
Hoa Kỳ là một nước lớn duy nhất không dùng hệ thống đo lường quốc tế mà dùng hệ thống đo lường tương tự như hệ thống đo lường xưa của Anh Quốc. Chiều dài tính bằng inch, foot và mile. Trọng lượng tính bằng pound. Một foot được định là bằng 30.48 cm. Một pound được định là bằng 453.592 gam.
Việc này đã gây rất nhiều khó khăn cho những công ty xuất nhập cảng Hoa Kỳ vì phải duy trì hai tiêu chuẩn khác nhau.
Nếu bạn để ý thì thấy ở Hoa Kỳ một con ốc có khi thuộc loại hệ thống đo lường quốc tế (tính theo milimét) có khi thuộc hệ thống đo lường Hoa Kỳ (tính theo inch). Nên trong nhà thường phải có hai bộ mở ốc và bạn phải dùng cho đúng, nếu không thì sẽ có thể làm lờn ốc.
Vào thập niên 1970 đã có nhiều cố gắng ở Hoa Kỳ để dùng hệ thống đo lường quốc tế, nhưng dân chúng không chịu. “Ý dân là ý trời” nên cho tới bây giờ vẫn không đổi được và chúng ta vẫn phải dùng foot, pound, mile và gallon. Tuy nhiên trong ngành khoa học, y khoa và một số kỹ nghệ như kỹ nghệ xe hơi đã dùng hệ thống đo lường quốc tế. Hy vọng một ngày nào đó dân chúng Hoa Kỳ chịu đổi qua hệ thống đo lường quốc tế.
Hà Dương Cự/Người Việt