Nel 1774, per incarico del Re Carlo Emanuele III, Padre Giovanni Battista Beccaria, fisico e matematico italiano dell’Istituto religioso degli Scolopi, pubblicò a Torino il saggio intitolato Gradus Taurinensis nel quale si attribuiva alla porzione di meridiano terrestre la lunghezza di 112,06 km (quella oggi adottata è di 111,137 km).
Per determinare questa lunghezza egli utilizzò dei metodi geometrici-trigonometrici simili a quelli formulati da Eratostene di Cirene (276 a.c. circa – 194 a.c. circa) ed è ricordando la figura di Padre Beccaria, il quale basò questo suo lavoro prendendo a riferimento elementi ed oggetti fisici, che meglio si comprende il significato del nuovo SI.
È davvero grande, persino epocale, l’importanza del nuovo Sistema Internazionale in vigore dal 20 maggio 2019.
Come ha osservato l’allora presidente dell’ INRIM (Istituto Nazionale di Metrologia) Prof. Diederik Sybolt Wiersma: “E’ una rivoluzione che non comporterà alcuno scossone: non dovremo ritarare le nostre bilance e tutti gli altri strumenti di misura”, oggi a stabilire le nuove regole di misura non sono più punti di riferimento fisici ma leggi matematiche come le costanti dell’universo.
La portata rivoluzionaria di queste nuove introduzioni, anche se non avrà alcun effetto sulla nostra quotidianità, riduce le incertezze associate alla definizione delle unità (pur permanendo i limiti dati dall’esperimento con cui si esegue la misura stessa).
Ma in definitiva cosa è cambiato, perché è importante questo nuovo sistema di unità di misura?
Proviamo a pensare a questo, ora:
- il kilogrammo è definito fissando il valore della Costante di Planck (nella pratica il kilogrammo si realizza confrontando la forza peso generata dalla massa con una forza elettromagnetica attraverso la bilancia di Kibble)
- la mole viene definita attraverso il Numero di Avogadro
- il kelvin è definito mediante la Costante di Boltzmann ( nella pratica si utilizzano speciali termometri in grado di misurare i parametri di un gas attraverso la velocità del suono)
- l’ampere viene definito attraverso la carica dell’elettrone e (è infatti possibile definire l’ampere contando, per correnti molto piccole, uno per uno gli elettroni che attraversano un conduttore in un secondo).
Per quanto riguarda le altre tre unità di misura fondamentali (metro, secondo e candela) esse erano già legate a delle costanti e le loro definizioni, dal 20 maggio 2019, sono cambiate solo nella forma ma non nella sostanza. Vediamo come:
| GRANDEZZA
DI BASE |
UNITÀ DI MISURA | SIMBOLO | NUOVE DEFINIZIONI VIGENTI DAL 20/05/2019 |
| tempo | secondo | s | Il secondo è definito dal valore numerico prefissato della frequenza del cesio ΔνCs (la frequenza della transizione iperfine dello stato fondamentale imperturbato dell’atomo di cesio 133), pari a 9 192 631 770 quando espresso in Hz (che equivale a s−1). |
| lunghezza | metro | m | Il metro è definito dal valore numerico prefissato della velocità della luce nel vuoto c, pari a 299 792 458, quando espresso in m s−1. |
| massa | kilogrammo | kg | Il kilogrammo è definito dal valore numerico prefissato della costante di Planck h, pari a 6.626 070 15 × 10−34, quando espresso in Js (che equivale a kg m2 s−1). |
| Intensità di corrente elettrica | ampere | A | L’ampere è definito dal valore numerico prefissato della carica elementare e, pari a 1.602 176 634 × 10−19, quando espresso in C (che equivale ad A s). |
| temperatura | kelvin | K | Il kelvin è definito dal valore numerico prefissato della costante di Boltzmann k, pari a 1.380 649 × 10−23 J K−1 (che equivale a kg m2 s−2 K−1). |
| Quantità di sostanza | mole | mol | Una mole contiene esattamente 6.022 140 76 × 1023 entità elementari. Questo numero corrisponde al valore numerico prefissato della costante di Avogadro NA, espresso in mol–1, ed è chiamato numero di Avogadro. |
| Intensità luminosa | candela | cd | La candela è definita dal valore numerico prefissato del coefficiente di visibilità della radiazione monocromatica con frequenza 540 × 1012 Hz Kcd, pari a 683, espresso in lm W−1, o in cd sr W−1 (che equivale a cd sr kg−1 m−2 s3). |
Anche le unità di misura delle grandezze sono coordinate dal Sistema Internazionale: pensiamo che nell’ottobre del 1991 sono stati introdotti quattro nuovi prefissi a rappresentare l’estremamente piccolo [ Zetto (10-21) e Yotto (10-24)] e l’estremamente grande [Zetta (10+21) e Yotta (10+24)] esigenze rispettivamente della fisica atomica e dell’astronomia.
| PREFISSO | SIMBOLO | ETIMOLOGIA | FATTORE DI CONVERSIONE | SCALA | DECIMALE |
| YOTTA | Y | dal greco
ὀκτώ, okto, «otto», poiché 1024 = 10008 |
1024 | Quadrilione | 1 000 000 000 000 000 000 000 000 |
| ZETTA | Z | dalla lettera greca ζ zeta
(dal greco ζῆτα «sette» in quanto nella numerazione greca la lettera Z valeva 7 anche se era la sesta lettera dell’alfabeto), poiché 1021 = 10007 |
1021 | Triliardo | 1 000 000 000 000 000 000 000 |
| EXA | E | dal greco ἕξ, hex,
«sei» (omettendo la h) poichè 1018 = 10006 |
1018 | Trilione | 1 000 000 000 000 000 000 |
| PETA | P | dal greco πέντε,
pente, «cinque» (omettendo la n) poichè 1015 = 10005 |
1015 | Biliardo | 1 000 000 000 000 000 |
| TERA | T | dal greco τέρας, teras, «mostro», o τετρά,
tetra, «quartina» (omettendo la t) poichè 1012 = 10004 |
1012 | Bilione | 1 000 000 000 000 |
| GIGA | G | dal greco γίγας, gigas,
«gigante» |
109 | Miliardo | 1 000 000 000 |
| MEGA | M | dal greco μέγας, megas,
«grande» |
106 | Milione | 1 000 000 |
| CHILO | k | dal greco χίλιοι, chilioi,
«mille» |
103 | Mille | 1 000 |
| HECTO | h | dal greco ἑκατόν, hekaton,
«cento» |
102 | Cento | 100 |
| DECA | da | dal greco δέκα deka,
«dieci» |
101 | Dieci | 10 |
| 100 | Uno | 1 | |||
| DECI | d | dal latino decimus,
«decimo» |
10−1 | Decimo | 0,1 |
| CENTI | c | dal latino centus,
«cento» |
10−2 | Centesimo | 0,01 |
| MILLI | m | dal latino mille,
«mille» |
10−3 | Millesimo | 0,001 |
| MICRO | µ | dal greco μικρός, mikros,
«piccolo» |
10−6 | Milionesimo | 0,000 001 |
| NANO | n | dal greco νᾶνος, nanos,
«nano» |
10−9 | Miliardesimo | 0,000 000 001 |
| PICO | p | dall’italiano
“piccolo” |
10−12 | Bilionesimo | 0,000 000 000 001 |
| FEMTO | f | dal danese femten, «quindici»,
poiché 10−15 |
10−15 | Biliardesimo | 0,000 000 000 000 001 |
| ATTO | a | dal danese atten, «diciotto»,
poichè 10−18 |
10−18 | Trilionesimo | 0,000 000 000 000 000 001 |
| ZEPTO | z | dal latino septem, «sette», e per deformazione poichè 10−21 = 1000−7 | 10−21 | Triliardesimo | 0,000 000 000 000 000 000 001 |
| YOCTO | y | dal greco ὀκτώ, okto, «otto», e per deformazione poichè 10−24 = 1000−8 | 10−24 | Quadrilionesimo | 0,000 000 000 000 000 000 000 001 |
In definitiva, la ridefinizione delle unità di misura del SI sulle leggi della fisica che valgono in ogni parte dell’universo, permette di dare alle nostre misure un fondamento stabile nello spazio-tempo. Quindi possiamo pensare che le misure che facciamo oggi avranno lo stesso valore anche tra milioni di anni? E questa ridefinizione sarà davvero l’ultima?
