CÁC PHÉP ĐO VÀ MẪU CHUẨN
Con người thường phải so sánh mọi thứ: đi đến bờ sông có xa hơn đi tới rừng, cây này có cao hơn cây kia… Còn phải nói về cả những gì không có trước mắt mình - ví như, đến thành phố phải dùng loại thước nào và đo được bao nhiêu lần thước như thế. Hơn nữa khi nói về kích thước (chiều dài, bề sâu...) của một vật thể hay một đối tượng đã biết còn phải biết cách nói sao cho mọi người đều hiểu. Thế là người ta so sánh nó với một lượng vật thể nào đó mà mọi người đều đã biết: thời gian thì thuận tiện hơn cả là so sánh với khoảng thời gian của một ngày đêm, muốn nói về độ dài thì người ta lấy một phần cơ thể mình làm mốc. Chẳng hạn, ở thời cổ đại, đơn vị độ dài được lấy là khuỷu tay - khoảng cách từ khuỷu tay tới đầu ngón tay giữa, dài khoảng có 46cm.
Bằng cách như thế đã xuất hiện khái niệm về phép đo, một khái niệm mà thiếu nó không thể có vật lý không thể có kỹ thuật, cũng như không thể có nền văn minh hiện đại. Tiến hành đo nghĩa là xác định xem phải đặt đơn vị đo bao nhiêu lần vào đại lượng được đo. Mới đầu ở mỗi nước, đôi khi ở các vùng khác nhau của một nước các đơn vị này cũng khác nhau. Ở nước Ai Cập cổ đại để đo chiều dài người ta dùng khuỷu tay người lớn (gần bằng 52,5 cm) và khuỷu tay trẻ nhỏ (cỡ 45 cm), còn ở Babylon (một quốc gia phát triển đầu thiên niên kỷ thứ hai, tới năm 539 tr.CN, ở phía Nam Mesopotamia, thuộc Irăc ngày nay) khuỷu tay được lấy bằng 54 cm. Một ''bàn chân Babylon'' (đơn vị đo chiều dài) cỡ 32,5 cm, còn ''fut'' của nước Anh ngày nay (tiếng Anh ''foot'' - ''= bàn chân, ta thường dịch là bộ'') bằng 30,48 cm. Thậm chí ngày nay các đơn vị đo có tên giống nhau không phải bao giờ cũng trùng nhau - ví dụ, hải lý quốc tế bằng 1852 m, còn hải lý Anh quốc là 1853 m.
Vào cuối thế kỷ XVIII ở các nước châu Âu có tới gần một trăm đơn vị “fut” khác nhau vài chục đơn vị ''dặm'', trên một trăm đơn vị ''pao'' (pound - đơn vị đo khối lượng bằng 409,5 gam; ở Anh bằng 453/6 gam, còn gọi là bảng Anh hay cân Anh). Điều đó gây nhiều khó khăn cho việc buôn bán.
Vào năm 1789 các trung tâm thương mại Pháp đã thỉnh cầu chính phủ ban hành quy chế luật pháp về các đơn vị đo giống nhau trong toàn quốc. Chính phủ đã uỷ quyền xem xét vấn đề này cho một uỷ ban đặc biệt gồm các nhà toán học, thiên văn học và vật lý học. Trong số đó có Pierre Simon Laplace, Gaspard Mong, Jean Antoine Nicotas Condorcet. Để làm mẫu chuẩn, Christiaan Huygens đề nghị lấy chiều dài dây treo con lắc đơn có chu kỳ dao động bằng 1giây. Nhưng khi đó, mẫu chuẩn chiều dài lại phụ thuộc vào gia tốc rơi tự do, mà gia tốc rơi tự do ở vĩ độ khác nhau lại khác nhau: trên xích đạo Trái Đất bằng 9,780 m/s2 còn ở hai địa cực lại bằng 9/833 m/s2. Bởi vậy Hội đồng đã quyết định lấy đơn vị đo chiều dài là mét, bằng 1/40 triệu của tổng chiều dài kinh tuyến đi qua Paris. Để đo độ dài kinh tuyến người ta đã tổ chức một cuộc thám hiểm dưới sự chỉ đạo của các nhà trắc địa và thiên văn học, trong một số năm (từ l792 đến l799) đã tiến hành các phép đo góc phần kinh tuyến nằm giữa Dunkerk và Barcelona (dài khoảng 1000 km). Sau đó dựa trên các kết quả thu được đã chế tạo được mẫu thước đo mét bằng bạch kim (platin).
Để làm đơn vị khối lượng (kilôgam). Hội đồng lấy khối lượng của 1dm3 (sau khi đưa ra khái niệm mét) nước cất ở nhiệt độ 40C. Phép cân được tiến hành trong chân không. Laplace đã đệ trình cả hai mẫu đo này lên Quốc hội và đã được phê chuẩn ngày 10 tháng 12 năm 1799. Đơn vị thời gian là giây đã được quyết định lấy bằng 1/86400 thời gian của một ngày Mặt Trời trung bình. Mẫu ''giây'' (thời lượng) đương nhiên không đạt được lên bàn nên các nhà vật lý chỉ mô tả được bằng lời. Chỉ sau một năm nữa sẽ bắt đầu thế kỷ mới, thế kỷ XIX (ở đây đang nói về mốc phê chuẩn mẫu đo thống nhất vào tháng 10 năm l799) và loài người sẽ bước vào thế kỷ này với một hệ đơn vị mới mà hiện thời vẫn chưa được phổ cập rộng rãi.
Để mở mang việc buôn bán và duy trì các mối giao lưu giữa các nhà kinh tế khoa học và kỹ thuật ở các nước khác nhau đòi hỏi phải có một hệ đơn vị chung. Và vào năm 1875, 17 nước đã cùng nhau ký Công ước về mét. Theo đó các nước này đều áp dụng ở nước mình hệ đo mét và thừa nhận các nguyên mẫu về mét và kilôgam được bảo quản ở Viện đo lường quốc tế ở thị trấn Sèvres gần thủ đô Paris. Các đơn vị bội số và ước số được lấy sao cho chúng làm thành các phần mười phần trăm, phần ngàn và phần nhỏ hơn nữa của đơn vị cơ bản hay gấp mười, gấp trăm gấp ngàn v.v... lần của đơn vị cơ bản.
Để tiến hành các phép đo và chế tạo các dụng cụ đo phải có các mẫu chuẩn. Song mẫu chuẩn mét chỉ có một nguyên bản duy nhất. Theo mẫu chuẩn này người ta làm các mẫu thứ cấp, từ mẫu thứ cấp người ta chế tạo các mẫu tam cấp,.v.v…Cho tới các thước đo dùng trong nhà trường. Hệ chuẩn này không được thuận tiện lắm. Cùng với sự phát triển của vật lý đã xuất hiện khả năng đưa ra đơn vị đo độ dài không liên quan gì tới mẫu chuẩn độc nhất vô nhị nói trên. Theo nghị quyết của Đại hội cân đo quốc tế lần thứ 17 tổ chức năm 1983, l mét được định nghĩa là khoảng cách mà bức xạ điện từ đi được trong chân không trong khoảng thời gian bằng 1/299792458 giây. Định nghĩa này cho phép ta chẳng những tránh được các mẫu đo trung gian mà còn tăng thêm độ chính xác của các phép đo lên rất nhiều.
Ngày nay người ta lấy đơn vị cơ bản đo thời gian là giây là khoảng thời gian bằng 9192631770 chu kỳ bức xạ giữa các mức năng lượng xác định của nguyên từ xesi có số khối lượng 133. Đơn vị khối lượng (kilôgam) được lấy là khối lượng của quả cân được làm từ hợp kim platin được lưu giữ ở Viện cân đo quốc tế.
