Kello käy mutta mitat pysyvät – vai pysyvätkö?

Jo lukioaikana olin kiinnostunut historiasta ja fysiikasta, ja fysiikka valikoitui minulle opiskelualaksi ylioppilaskirjoitusten kynnyksellä. Nyt 40 vuotta myöhemmin jo varttuneena metrologina huomaan päätyneeni alalle, jossa historia on vahvasti jatkuvasti läsnä, mutta joka koko ajan kehittyy ja luo tulevaisuuden teollisuudelle ja yhteiskunnalle toimintaedellytyksiä. 

Historian tutkimus tuo jatkuvasti esiin uusia tutkimustuloksia menneiden sivilisaatioiden mittajärjestelmistä: esimerkiksi havainnot hämmästyttävän samanmassaisista jalometallirahoista Euroopan ja Mesopotamian alueilla jo pronssikaudella [1, 2]. Lähes 4000 vuotta vanhat hallinnolliset dokumentit vanhasta Babyloniasta kertovat jalometallien kaupassa käydyistä standardoiduista massan mitoista [3]. Mittajärjestelmien käyttöön suhtauduttiin tiukasti, jotta ne tuottaisivat halutun tuloksen kaupankäynnissä. Niinpä esimerkiksi muinaisessa Egyptissä pyramidikiven koon poikkeamisesta standardikoosta saattoi saada kuolemantuomion [4], ja antiikin Kreikassa poikkeaminen virallisista painomitoista tuotti 1000 päiväansion arvoisen sakon [5]. Kaarle Suuren yhdistäessä 800-luvulla Euroopan alueen kansoja omaan valtakuntaansa eräs tärkeä hanke oli yhtenäistää valtakunnan alueella kaupankäynnissä käytettävät mitat [6].

Opiskellessani sovellettua fysiikkaa Helsingin yliopistossa minua alkoi kiehtoa se, miten fysiikan keinoin voidaan analysoida hyvin arkisiakin tapahtumia kuten punnitusta kaupassa tai apteekissa, puutavaran mittaamista lautatarhassa tai ulkoilman lämpötilan mittausta. Erityisesti minua motivoi se, että analyysin avulla mittauksia voidaan parantaa ja kehittää erilaisiin käyttötarkoituksiin soveltuviksi.

Samanlaisia oivalluksia lienevät tehneet monet tiedemiehet jo kauan ennen minua. Tieteen kehittyminen ja geopoliittiset myllerrykset 1700- ja 1800-luvuilla sekä teollistuminen ja voimakkaasti kasvava kansainvälinen kauppa johtivat maailmanlaajuisen mittayksikköjärjestelmän luomiseen valtioiden välisellä metrisopimuksella. Seitsemäntoista valtiota allekirjoitti sopimuksen vuonna 1875.   Sittemmin jäsenmäärä on kasvanut 101:een, jos 37 liitännäisjäsentä lasketaan mukaan [7]. 

Koko 150-vuotisen olemassaolonsa aikana metrisopimuksen paaluttama SI-järjestelmä on kehittynyt ja laajentunut jatkuvasti vastaamaan kehittyvän teollisuuden ja yhteiskunnan tarpeita: alussa oli vain massan ja pituuden mittayksiköt ja niiden Pariisiin sijoitetut fyysiset referenssikappaleet sekä niiden kansalliset kopiot. Nykyään sekä fysikaalisia että kemian mittauksia tukeva järjestelmä kattaa seitsemän perusyksikköä ja suuren määrän johdannaisyksiköitä, joiden referenssijärjestelmiä ylläpidetään ensisijaisesti kansallisissa metrologialaitoksissa ympäri maailman. Tämä mahdollistaa mittausten riittävän luotettavan ja tehokkaan laadunvarmennuksen kaikilla teollisuuden ja kaupan aloilla. 

SI-järjestelmän kehitys on välttämätöntä myös tulevaisuuden teknologioiden, kuten kvanttiteknologian, atomitason valmistustekniikan ja tulevaisuuden paikannusjärjestelmien hyödyntämiseksi. Vuoden 2019 uudelleenmäärittelyn myötä SI-järjestelmä perustuu seitsemään määrittelevään vakioon, joista kaikki yksiköt voidaan muodostaa. Tämä mahdollistaa yksiköiden toteuttamisen entistä tarkemmin eri puolilla maailmaa, vaikka mittayksiköiden suuruus pysyykin muuttumattomana.

Metaversumi tuo yhteen digitaalisen virtuaalitodellisuuden ja meidän kokemamme fyysisen todellisuuden. Myös virtuaalimaailmassa käyttämämme mitat ja yksiköt pitää standardoida, ja niiden pitää vastata fyysisen maailman vastinpareja. Digital SI -standardoinnin avulla SI-järjestelmä integroidaan tietojärjestelmien väliseen kommunikaatioon. Erilaiset virtuaalijärjestelmät aiheuttavat merkittäviä haasteita mittaustarkkuuden hallintaan. Sähköisten ja optisten signaalien taajuuden ja absoluuttisen ajanhetken tarkkuusvaatimukset kasvavat. 

Viimeaikaiset tihutyöt merenalaisten datakaapeleiden katkomiseksi sekä Ukrainan sodassa tehdyt iskut Ukrainan metrologialaitokseen osoittavat, että yhteen fyysiseen paikkaan keskitetty mittanormaalijärjestelmä on liian haavoittuva. Poikkeusolot heikentävät tieto- ja logistiikkayhteyksiä ulkomaailmaan. Siksi on erityisen tärkeää, että kykenemme Suomessa varmentamaan teollisuutemme mittaukset myös poikkeusoloissa.