ความยาวและระยะทางเป็นมาตรวัดรูปแบบหนึ่งที่มนุษย์ใช้ในการสื่อสารมาตั้งแต่สมัยโบราณ สังคมไทยในสมัยก่อนกำหนดให้ความยาว1คืบ เป็นระยะทางระหว่างปลายนิ้วหัวแม่มือกับปลายนิ้วก้อย เวลามือถูกกางออกเต็มที่ ดังนั้นเราจึงเห็นได้ว่า ความยาว 1 คืบของคนแต่ละคนไม่เคยยาวเท่ากัน เพราะขนาดมือของทุกคนไม่เท่ากัน ส่วนคนอังกฤษที่ใช้ความยาว 1 fathom เป็นระยะทางที่วัดระหว่างปลายนิ้วกลางของพระหัตถ์ทั้งสองข้างของกษัตริย์ขณะทรงกางออกเต็มที่ก็ไม่ได้เป็นความยาวมาตรฐาน ด้วยเหตุผลเดียวกัน
ในคริสต์ศตวรรษที่ 17 ชาวรัสเซียเคยมีมาตรฐานของความยาวที่เรียกว่า arshin โดยองค์จักรพรรดิ Peter มหาราชทรงกำหนดให้เป็นหน่วยของความยาว ที่วัดจากพระกัปประ (ข้อศอก) ถึงปลายพระมัชฌิมา (นิ้วกลาง) ของพระองค์เพื่อให้ประชาชนชาวรัสเซียทุกคนใช้ และระยะทาง 6,500 arshin คือระยะทางประมาณ 1 กิโลเมตร
เมื่อชาติต่างๆ มี “ความยาวมาตรฐาน” สำหรับให้คนในชาติของตนใช้โดยเฉพาะ โลกจึงไม่มีมาตรฐานการวัดทั้งเวลา ระยะทาง และมวลเพื่อให้คนทั้งโลก ซึ่งได้แก่ ประชาชน นักวิชาการ รวมถึงพ่อค้าสามารถทำธุรกิจกันได้
สำหรับฝรั่งเศสนั้นได้มีการกำหนดหน่วยมาตรฐานของความยาวเป็นเมตร กิโลเมตร เซนติเมตร ฯลฯ เพื่อให้ชาวฝรั่งเศสใช้ โดยมิได้ใช้ความยาวของอวัยวะส่วนใดของใครเป็นตัวกำหนด ด้วยเหตุผลว่าถ้ากำหนดเกณฑ์เช่นนั้น ก็จะไม่มีความยาวมาตรฐาน ดังนั้น ในศตวรรษที่ 18 สถาบัน Academie des Sciences จึงกำหนดความยาว 1 เมตร ให้เป็นความยาว 1/10,000,000 ของระยะทางที่วัดจากขั้วโลกเหนือถึงเส้นศูนย์สูตร โดยให้วัดระยะทางดังกล่าวตามเส้นแวงที่ 2 องศา ตะวันออกซึ่งลากจากขั้วโลกเหนือผ่านเมือง Dunkirk ที่อยู่ทางเหนือของฝรั่งเศสผ่านกรุง Paris, Bourges เทือกเขา Pyrenees เมือง Barcelona ในสเปน และได้ให้นักดาราศาสตร์หนุ่มสองคน ชื่อ Jean-Baptiste – Joseph Delambre กับ Pierre – Francois – Andre Mechain พร้อมผู้ช่วยชื่อ Francois Arago เดินทางจากปารีสโดยใช้รถม้าที่บรรทุกอุปกรณ์วิทยาศาสตร์เพียบ โดย Delambre มุ่งหน้าเดินทางไปทางทิศเหนือ ด้าน Mechain เดินดิ่งไปทางทิศใต้ในเดือนมิถุนายน ค.ศ.1792 (รัชสมัยสมเด็จพระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลกมหาราช)
ในช่วงเวลานั้นประเทศฝรั่งเศสกำลังตกอยู่ในสภาวะปั่นป่วนโกลาหล เพราะการจลาจลวุ่นวายเกิดขึ้นบ่อย โดยที่ฝูงชนได้ออกมาเดินขบวนเรียกร้องความเท่าเทียม เสรีภาพ และความยุติธรรมจากฝ่ายปกครอง เพื่อให้ประชาชนทุกคนมีสิทธิ์และเสรีภาพเท่าเทียมกัน และมีข้อเรียกร้องหนึ่งในประเด็นความเท่าเทียม คือให้ประชาชนทุกคนในประเทศมีระบบการชั่ง ตวง วัดที่เป็นที่ยอมรับเป็นมาตรฐาน แต่เมื่อทุกคนรู้ว่า ณ เวลานั้นยังไม่มีมนุษย์คนใดเคยเหยียบย่างขั้วโลกเหนือ ทุกคนก็ตระหนักรู้ในทันทีว่า การตั้งเกณฑ์ความยาวดังกล่าว เป็นเรื่องที่ไม่มีใครสามารถทำได้ และถึงใครจะทำ ก็จะไม่มีการยอมรับในระดับสากล
กระนั้น Delambre และ Mechain ก็ได้พยายาม โดยใช้เวลานานประมาณ 7 ปีในการวัดระยะทางจาก Dunkirk ถึง Barcelona ด้วยการเดินเท้าบุกป่าผ่านภูเขา เมือง ห้วย หนอง คลอง และบึง ตามที่ฝ่ายรัฐบาลฝรั่งเศสสั่งให้ทำจนสำเร็จ และ Mechain ได้เสียชีวิตลงด้วยไข้มาลาเรีย ส่วน Delambre ได้รอดพ้นจากการถูกตัดศีรษะด้วยกิโยติน เพราะคุณความดีที่ได้กระทำในครั้งนั้น ด้าน Antoine Lavoisier ซึ่งเป็นคนหนึ่งที่สนับสนุนโครงการนี้ถูกพวกปฏิวัติจับสำเร็จโทษ ด้วยข้อหาว่าสนับสนุนการฉ้อราษฎร์บังหลวงของฝ่ายปกครอง
เมื่อ “รู้” ระยะทางจากขั้วโลกเหนือถึงเส้นศูนย์สูตร สถาบันวิทยาศาสตร์ของฝรั่งเศสจึงได้จัดให้มีการประชุมนานาชาติเรื่อง ความยาวมาตรฐาน เป็นครั้งแรกที่กรุงปารีสในปี 1799 และได้จำลองแท่งโลหะที่ทำด้วย platinum ขึ้นมาแท่งหนึ่งให้มีความยาว 1 เมตร เพื่อทูลเกล้าถวายแด่องค์จักรพรรดิ Napoleon Bonaparte ให้ทรงยึดถือเป็นเมตรมาตรฐานให้คนทั่วโลกรู้และยอมรับ เหตุการณ์นี้ทำให้องค์จักรพรรดิทรงปลื้มปิติโสมนัสมาก จนถึงกับตรัสว่า การพิชิตหรือการพ่ายแพ้สงครามเป็นเรื่องที่มีไม่ใครรู้แน่นอน และไม่ถาวร แต่ผลงานนี้จะอยู่คู่โลกตลอดไป
ทว่าความจริงหาได้เป็นเช่นนั้นไม่ เพราะไม่ว่า Delambre และ Mechain จะพยายามมากสักปานใด ทุกคนก็รู้ว่าความยาวที่วัดได้มีความผิดพลาดมาก ด้วยเหตุผลว่าผิวโลกมิได้กลมดิกเหมือนผิวลูกบิลเลียด แต่มีความไม่สม่ำเสมอ คือ ขรุขระ เป็นหลุมบ่อ ดังนั้น ความยาว 1 เมตรที่ทั้งสองคนวัดได้จึงไม่เท่ากับหนึ่งใน 10 ล้านของระยะทางจากขั้วโลกเหนือถึงเส้นศูนย์สูตร และมิใช่ความยาวหนึ่งเมตรมาตรฐาน ดังที่ทุกคนได้ตั้งปณิธานไว้ แต่เมื่อพิจารณาในด้านดีของความพยายามในครั้งนั้นคือ นักวิทยาศาสตร์มีความประสงค์จะมีความยาวเมตรมาตรฐานให้คนทั้งโลกใช้
นอกจากนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสจะไม่เห็นด้วยและยอมรับ “เมตรมาตรฐาน” แล้ว ชาวอังกฤษซึ่งเป็นชาติที่มีความเป็นอารยะทัดเทียมกับฝรั่งเศส ก็ไม่ยินดีรับเกณฑ์ที่คนฝรั่งเศสกำหนด เพราะยังระลึกได้เสมอว่า ฝรั่งเศสเคยช่วยอเมริกาให้เป็นเอกราชจากการปกครองของอังกฤษ ดังนั้นคนอังกฤษจึงถือว่าคนฝรั่งเศสมิใช่เพื่อนแท้ และพากันปฏิเสธไม่ยอมรับความยาวเมตรมาตรฐานที่ฝรั่งเศสกำหนด โดยยึดติดกับระบบหน่วยที่เป็นนิ้ว ฟุต หลา และไมล์ของตนเอง
ฝรั่งเศสจึงจัดส่งแท่งความยาวเมตรมาตรฐานที่ทำด้วย platinum ไปอเมริกา เพื่อให้คนอเมริกันยอมรับและใช้ (แท่งเมตรมาตรฐานนั้น ปัจจุบันอยู่ที่พิพิธภัณฑ์ National Institute of Standards and Technology ที่กรุง Washington DC) แม้ประธานาธิบดีของสหรัฐฯ เช่น Thomas Jefferson และ George Washington จะพยายามชักจูงรัฐสภาอเมริกันให้ยอมรับไม้เมตรมาตรฐานของฝรั่งเศสสักเพียงใด รัฐสภาอเมริกันก็ปฏิเสธ
การถูกนานาชาติปฏิเสธทำให้ Napoleon ตรัสเย้ยนักวิทยาศาสตร์ฝรั่งเศสว่า ยังไม่เก่งพอจะทำให้คนทั้งโลกยอมรับเกณฑ์ที่ตั้งขึ้น ดังนั้น ในปี 1875 สมาพันธ์วิทยาศาสตร์ของโลกจึงจัดตั้งสถาบัน International Bureau of Weights and Measures (BIPM) ขึ้นที่ปารีสให้เป็นองค์การนานาชาติ ที่รับผิดชอบการสร้างมาตรฐานการชั่งตวง วัด และไม่ให้ฝรั่งเศสเป็นชาติเดียวที่กำหนดกฎเกณฑ์ต่างๆ อีกต่อไป
ถึงปี 1960 ที่ประชุม General Conference on Weights and Measures จึงได้กำหนดความยาวหนึ่งเมตรใหม่เป็นความยาวของคลื่นแสงจำนวน 1,650,763.73 คลื่นในสุญญากาศซึ่งเปล่งออกมาจากอะตอม krypton -86 เวลาเกิดการเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอน (ระหว่างชั้น 2p10 กับ 5d5 ในอะตอม krypton -86) ให้เป็นความยาวหนึ่งเมตร แต่ในอังกฤษกว่าจะเปลี่ยนมาตรฐานการวัดความยาวจากฟุตเป็นเมตร เวลาก็ได้ล่วงเลยถึงปี 1965
ในปี 1983 คำจำกัดความของเมตรมาตรฐานก็ได้เปลี่ยนใหม่อีก คือ จากเดิมที่ให้เป็นระยะทางระหว่างคลื่นจำนวนหนึ่งจากอะตอม krypton -86 เพราะได้มีการพบว่าคลื่นที่ว่ามีลักษณะไม่สมมาตร ดังนั้น องค์การมาตรวิทยาจึงได้กำหนดความยาว 1 เมตรใหม่ เป็นระยะทางที่แสงเดินทาง ในสุญญากาศในเวลา 1/299,792,458 วินาที โดยที่ให้แสงมีความเร็วคงตัวเท่ากับ 299,792,458 เมตร/วินาทีอย่างไม่ผิดพลาดคลาดเคลื่อนเลย เพราะไม่ว่าจะใช้การทดลองรูปแบบใด นักมาตรวิทยาก็วัดความเร็วแสงได้เท่ากันเสมอ ซึ่งก็สอดคล้องกับถ้อยแถลงของ Einstein
ในคริสต์ศตวรรษที่ 21 ประเทศต่างๆ ทั่วโลกได้ตอบรับความยาวเมตรมาตรฐานใหม่แล้ว เพราะเห็นความจำเป็นที่จะต้องมีความยาวที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากล เพื่อให้วิศวกร นักเศรษฐศาสตร์ สถาปนิก แพทย์ และนักวิทยาศาสตร์ ฯลฯ ทั่วโลกสามารถสื่อสารและติดต่อกันได้อย่างไร้อุปสรรคใดๆ
ตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดคือ สมมติ เราต้องการรู้ข้อมูลพื้นที่ป่าไม้ในประเทศ เพราะเหตุว่า ข้อมูลการสำรวจภาคพื้นดินมีน้อย ดังนั้น เราต้องพึ่งพาข้อมูลดาวเทียมสำรวจระยะไกล ซึ่งมีหลายดวง เช่น CYCLOPES, GEOLAND, GLOBCARBON, MODIS ทว่าดาวเทียมแต่ละดวงให้ข้อมูลที่ไม่ตรงกัน เพราะใช้เทคนิคการถ่ายภาพแตกต่างกัน กระทำที่ระยะสูงแตกต่างกัน และเทคนิคการประมวลผลแตกต่างกัน ดังนั้น ข้อมูลลัพธ์จึงมีความคลาดเคลื่อนที่ผู้วัดมักมิได้ระบุเปอร์เซ็นต์ของความผิดพลาด ดังนั้น การนำข้อมูลไปใช้จึงต้องระมัดระวัง
สำหรับวิทยาการด้านชีววิทยาและนิเวศวิทยาก็มีปัญหาเรื่องการวัด เช่น ในการทำรังสีบำบัดที่ใช้รังสีแกมมาฆ่าเซลล์มะเร็ง องค์การ National Institute of Standards and Technology (NIST) ของอเมริกาได้พบว่า การวัดปริมาณรังสีที่อ้างในงานวิจัยมักไม่ได้มาตรฐาน จนทำให้ใครก็ตามที่ทำการทดลองซ้ำจะไม่ได้ผลดังที่อ้าง ดังนั้น การนำผลที่วิจัยได้ในห้องทดลองไปใช้ในการรักษาคนไข้มักมีปัญหา
ด้วยเหตุนี้ NIST จึงเสนอหน่วยงานที่ให้ทุนวิจัยทุกแห่งให้บังคับ ผู้วิจัยระบุคุณภาพของข้อมูลที่จะได้ด้วย นี่เป็นเรื่องใหญ่ เพราะนักวิจัยจะต้องพึ่งพาผู้เชี่ยวชาญด้านข้อมูลและนักสถิติเพื่อให้ผลการวิจัยมีความแม่นยำ และเพื่อให้ใครที่ทำการทดลองเรื่องที่เสนอซ้ำอีกครั้งก็จะได้ผลเดียวกัน
ลุถึงเดือนพฤศจิกายน ปี 2018 องค์การ BIPM ซึ่งมีสำนักงานใหญ่อยู่ที่ปารีส จะจัดประชุมนานาชาติเพื่อกำหนดหน่วยมาตรฐานของการวัดอีกคำรบหนึ่งตั้งแต่คำจำกัดความของเมตร อุณหภูมิเคลวิน ความต้านทานโอห์ม เวลาวินาที และมวลกิโลกรัม โดยให้หน่วยมาตรฐานทั้งหมดขึ้นกับค่าคงตัวในธรรมชาติที่ไม่เปลี่ยนแปลง เช่น ความเร็วแสง ประจุของอิเล็กตรอน ฯลฯ และที่สำคัญคือจะกำหนดให้มวล 1 กิโลกรัมขึ้นกับค่าคงตัวของ Planck ที่วัดได้แน่นอนโดยใช้ตาชั่งแบบ Kibble
อ่านเพิ่มเติมจาก Full Merdian of Glory: Perilous Adventures in the Competition to Measure the Earth โดย Paul Murdin จัดพิมพ์โดย Springer ปี 2009
เกี่ยวกับผู้เขียน สุทัศน์ ยกส้าน ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
