MÉRTÉKEGYSÉGEK ÉS ETALONOK KULTÚRTÖRTÉNETE
Választható tárgy
(2021. tavaszi félév)
 
Az előadó, dr. Pataki Péter címzetes docens, az Országos Mérésügyi Hivatal nyugalmazott
elnökhelyettese. Az EUROMET magyar delegátusaként másfél évtizeden keresztül vett részt
az  alkalmazott  és  tudományos  metrológia  nemzetközi  együttműködéseiben.  Korábbi,  két
évtizedes  egyetemi  munkássága  is  a  műszer-  és  méréstechnika  kutatás-fejlesztésére,
valamint  a  Méréstechnika  tárgy  előadására  vonatkozott  (Pataki:  Méréstechnika  I.,
jegyzetszám:  51442)  .  A  Schnell  László  Műszer-  és  Méréstechnika  Alapítvány  leköszönt
elnökeként  huszonnégy  éven  keresztül  támogatta  a  BME  Méréstechnika  és  Információs
Rendszerek Tanszék oktatási-kutatási tevékenységét és a villamosmérnöki kar hallgatóit.
 
Az  előadás  célja  az  alapegységek  és  elsődleges  etalonok  fejlődéstörténetének  bemutatása,  a  mai
megvalósítások  fizikájának  tárgyalása.  Az  előadás  súlyt  helyez  a  tudománytörténeti,  az  elméleti  és
technológiai  valamint  a  nemzetközi  együttműködési  vonatkozások  bemutatására,  illetve  a  várható
fejlődési  irányok  felvázolására.  Közel  száz  vetített  ábra  és  kép  segíti  a  megértést  és  színesíti  az
eladást.
 
A tárgy részletes tematikája:
 
1. fejezet: Történelmi áttekintés
 
A  metrológia  mint  a  mérés  tudományának  és  technikájának  összessége.  A  mérés  elméleti  és
technológiai  megközelítése.  A  mértékegység  és  etalonjai.  A  mérési  eredmény  megbízhatósága,
összehasonlíthatósága  és  visszavezethetősége,  mint  a  mérési  eredmény  kölcsönös
elismerhetőségének feltétele.
 
A mérési kultúrára jellemző példák, súlypontok a különböző korokban:  
- ókori folyómenti kultúrák (kínai, indiai, mezopotámiai, egyiptomi) valamint hellén és római civilizációk,  
- középkor, az „ezer év sötétség”, ami valójában a gazdálkodás, árutermelés, építészet, matematika
és a mérések egységesítésének kora,  
- reneszánsz, fellendülés a művészetben - megtorpanás a tudományban(?), a földrajzi felfedezések
kora – a tengeri navigáció,  
-  géniuszok  százada,  a  kísérleti  és  elméleti  tudomány  híres  párosai,  absztrakció  és  modellezés,
csillagászat és helymeghatározás,  
-  felvilágosodás  és  a  XX.  század  első  harmada,  új  tudományterületek  megjelenése,  az  eltérő
mértékegységek „káosza”, az egységesítés és a statisztikai szemlélet kialakításának igénye,
 
 
2. fejezet: Mértékegységrendszerek
 
A  méterrendszer:  a  felvilágosodás,  a  francia  forradalom  szerepe  a  metrikus  méterrendszer
terjedésében.  Gauss  és  Maxwell  munkássága  a  koherens  egységrendszerek,  az  alapegységek
kialakításában. A Méteregyezmény és párizsi központjának létrehozása (1875), magyar tudósok és a
Osztrák-Magyar  Monarchia  közreműködése.  SI  nemzetközi  egységrendszer  bevezetése  (1960)  és
elterjedésének buktatói (pl.: egy Mars-űrszonda katasztrófája (1999). SI alapegységek rendszere.  
 
3. fejezet: Időetalonok
 
Az  idő  alapegysége  a  másodperc:  a  homokórától  az  atomóráig.  Az  atomórák fizikája,  egy  maxwelli 2
 
jóslás megvalósulása, a cézium frekvenciaforrás pontosságának korlátai, a lézerhűtés technikája és
az ötödik halmazállapot kísérleti igazolása.  A „határtalan pontosság” és a nemzetközi időskála.
 
 
4. fejezet: Hosszúságetalonok
 
A hosszúság alapegysége a méter: történelmi áttekintés, a méterdefiniciók és etalonjaik fejlődése. Bay
Zoltán  úttörő  munkássága:  lézerhullámhossz,  mint  hosszetalon.  A  lézerek  fizikájának  és  típusainak
tárgyalása.  Lézer-méteretalonok  hullámhosszának  átszármaztatása  mechanikai  hosszetalonokra
(mérőhasábokra): Michelson-interferométerek.  
Hosszúságmérés  kapcsolódó  mérései:  érdességmérések  (atomi  méretekben  pásztázó  tűszondás
mikroszkóppal, felületi profil mérése interferométerrel, stb.), távolságmérések (Jákob-pálcájától a „total
station”-okig, illetve a globális navigációs szatellit rendszerekig. Lézerfrekvencia mérése atomórával!
Öt  nagyságrenddel  eltérő  frekvenciák  összehasonlításának  technológiája:  a  Femtoszekundumos
Optikai  Frekvenciafésű  Technológia  tárgyalása.  Az  impulzuslézerek  hatalmas
teljesítménysűrűségének,  femto-szekundumos  pulzusszélességének  szerepe  a  frekvencia-
összehasonlításban,  az  atomi  építőelemek  mozgásának  lefényképezésében,  a  szabályozott
magfúzióban, a csillagháborúba, stb.  
 
5. fejezet: Elektromos etalonok, mágneses összehasonlítások
 
Az amper villamos alapegység kvantumfizikai megvalósítása töltésszámlálással, valamint feszültség-
és  ellenállás-etalonokkal:  Josephson-etalon,  Kvantum  Hall-etalon  és  a  Single  Electron  Transistor
fizikája  és  technológiája.  A  pontosság  kvantumfizikai  korlátai:  a  megvalósítási  és  reprodukálási
bizonytalanságok megkülönböztetése.
A kvantumfizikai elvű primer etalonokról való továbbszármaztatás nagypontosságú eszközei: Zener-
etalonok, ellenállásetalonok (pl. Hamon-osztók) illetve az összehasonlítás szupravezető eszközei az
áramkomparátor (CCC) és a nagyérzékenységű nullindikátor magnetométer (SQUID).
Napjaink kihívása a µ 0  és ɛ 0  kísérleti meghatározása, aminek ígéretes eszközei lehetnek a Kvantum-
Hall Etalon (QHE) és a Thompson-Lampard Keresztkondenzátor (TLC).
 
 
6. fejezet: Tömegetalonok
 
A  tömeg  alapegysége  a  kilogramm:  történelmi  áttekintés,  az  egyetlen  alapegység,  amelynek
definíciója másfél évszázadon keresztül egy prototípus. A nemzetközi prototípus stabilitásának és a
nemzeti  tömegetalonok  kalibrálásának  kérdései.  A  természeti  állandó  alapú  tömeg-meghatározás
alternatívái, az új etalonkísérletek fizikája és a pontossági határok. Két módszer – a „varázsgömb” és
az „árammérleg” - amelyek kiegészítik egymást, és remélhetőleg lebontják a korlátokat. A 2011-re várt
új  tömegdefiníció  halasztásának  okai.  A  2019-es  új  tömeg-meghatározás,  amely  megváltoztat
alapegységeket és szemléletmódot egyaránt (az „Új SI”).
A tömeghez kacsolódó egységek: nehézségi gyorsulás és gravitációs állandó (graviméterek, GRACE
és  a  LIGO  programok),  súlymérések  kapcsán  az  összehasonlítási  módszerek  rendszerezése,
valamint erő-, nyomás- és áramlásmérések nagypontosságú etalon-berendezései.
 
 
7. fejezet: Hőmérséklet-, fényerősség- és anyagmennyiség egységei és etalonjai
 
A  hőmérséklet  egysége  és  etalonmértékei.  Az  etalon  hőmérsékleti  pontokat  megvalósító  fix-pontok
fizikája  és  technológiája  (pl.  hőáram-kompenzált  hőszigetelés).  Összehasonlító  eszközök  fizikája  és
az  interpolációs  technikák  szerepe  a  nagypontosságú  hőmérsékletmérésben.  Kémiai  és  biológiai
etalonok,  anyagminták  megvalósításának,  valamint  e  két  szakterület  mérési  eredményei  kölcsönös
elfogadhatóságának aktuális kérdései és a gazdasági szükségszerűség.
 
 
8.  fejezet:  A  természeti  állandók  felosztása,  megismerhetősége  és  bizonytalansága  (Maxwell-től
Hawking-ig)  
 
9. fejezet: Az „Új SI” koncepciója, az alapegységek definicióinak megváltozása (2019.)
 
 
10.  fejezet:  A  statisztika  és  az  etalon:  történelmi  példák,  a  legkisebb  négyzetek  módszerének
születése (Legendre és Gauss vitái), a tolerancia Gauss-i etalonja, egy eloszlás titokzatos feltalálója,
...
 
11.  fejezet:  A  GUM-etalon:  a  bizonytalanság  típusú  megközelítés.  Példa:  az  eredő  kiterjesztett
bizonytalanság becslése, mint a mérés- és áramkörtervezés hatékony eszköze.
 
 
12. fejezet: Kalibrálás és visszavezethetőség
 
 
13. fejezet: Mérés és gazdaság,  gigantikus invesztíciók, „A pontos mérés a fizika szíve, tapasztalatom
szerint az új fizika a következő tizedesnél kezdődik. (S.Chu)”  
 
 
14. fejezet: Híres magyarok, Eötvös Lorándtól Simonyi Károlyig
 
 
A távoktatásban előadott tárgy elsajátítását Pataki P.: Mértékegységek és etalonok kultúrtörténete c.
elektronikus könyv támogatja.

Pataki Péter
2020.10.16.

Attached files: 

TEMATIKA