ระบบเอสไอ (SI Units) เป็นระบบหน่วยที่สร้างขึ้นมาเพื่อทั่วโลกมีมาตรฐานการวัดเดียว ซึ่งปริมาณทางฟิสิกส์ก็จำเป็นต้องเก็บข้อมูลจาก ‘การวัด’ ตัวอย่างเช่น ความยาว มวล น้ำหนัก แรง ความเร็ว เป็นต้น แล้วก่อนที่อธิบายรายละเอียดของระบบเอสไอ (SI Units) ในบทความนี้อยากจะย้อนประวัติศาสตร์เรื่องราวของระบบหน่วยต่างๆตั้งแต่อดีต จนถึงปัจจุบัน ว่ามีระบบหน่วยอะไรบ้าง เพื่อให้เราเข้าใจว่าความสำคัญของระบบเอสไอ (SI Units) ยิ่งขึ้น

หน่วยวัดในอดีต

ค้นพบว่าการวัดและหน่วยวัดนั้นมีประวัติความเป็นมายาวนานมากกว่า 3,000 ปีก่อนคริสต์ศักราช ว่ากันว่า มนุษย์เริ่มเรียนรู้เรื่องการวัดจากการเปรียบเทียบขนาดสิ่งของต่างๆ ที่อยู่รอบตัว ไปจนถึงการใช้อวัยวะส่วนต่างๆ ในร่างกายมาเป็นเกณฑ์ในการอ้างอิงความยาว เช่น นิ้ว, คืบ, ศอก เป็นต้น ในบทความนี้เราจะเรียนรู้ไปพร้อมกันครับ ว่าประวัติศาสตร์ของหน่วยต่างๆ มีที่มาอย่างไรบ้าง

ศอก

นิ้ว

ฟุต

ส่วนการกำหนดความยาว 1 ฟุต เกิดขึ้นในศตวรรษที่ 16 ณ ประเทศอังกฤษ ด้วยการให้ชายหนุ่ม 16 คนแรกที่เดินออกจากโบสถ์ในบ่ายวันอาทิตย์ มายืนเป็นแถวตอนเรียงเดี่ยว แล้ววัดความยาวจากเท้าซ้ายของชายหนุ่มทั้ง 16 คน แบ่งออกเป็น 16 ส่วน และ 1 ใน 16 ส่วนนั้น เท่ากับ 1 ฟุต

หลา

ความยาว 1 หลา เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1130 พระเจ้าเฮนรีที่ 1 แห่งอังกฤษ กำหนดมาตรฐานความยาวเพื่อให้ใช้เป็นระบบการวัดภายในประเทศ โดยวัดความยาวจากปลายจมูกถึงปลายนิ้วหัวแม่มือขณะพระองค์ยืดแขนออกจนสุด และกำหนดให้ความยาวนี้เท่ากับ 1 หลานั่นเอง

การปฏิวัติหน่วยวัดที่สำคัญ

จิ๋นซีฮ่องเต้ (260–210 ปีก่อนคริสตกาล)

องค์ปฐมจักรพรรดิแห่งฉิน ผู้สำเร็จในการรวมรัฐทั้ง 7 ให้เป็นอาณาจักรหนึ่งเดียว พร้อมกับการปฏิรูประบบการปกครองแบบรวมอำนาจเข้าสู่ศูนย์กลาง พัฒนาเทคโนโลยีการสงคราม มีการกำหนดมาตรฐานหน่วยชั่ง ตวง วัด ระบบเงินตรา ภาษาเขียน และพัฒนาระบบสาธารณูปโภคต่างๆ ให้ทุกอาณาจักรมีมาตรฐานเดียวกัน

การปฏิวัติฝรั่งเศส (ค.ศ. 1790)

ในช่วงก่อนการปฏิวัติ ฝรั่งเศสจะใช้มาตราชั่งตวงวัดแบบธรรมชาติ ไม่มีมาตรฐาน เช่น วัดความยาวขนมปังด้วยนิ้วมือ เหล่าขุนนางจึงอาศัยช่องโหว่นี้เอาเปรียบพ่อค้าแม่ค้าจนยากจน ไม่มีกำไรจากการค้าขาย เมื่อการปฏิวัติสิ้นสุดลง รัฐบาลปฏิวัติจึงปฏิรูปประเทศให้ก้าวหน้าในด้านต่าง ๆ รวมถึงการคิดค้นมาตราชั่งตวงวัดให้ได้มาตรฐาน คือ ระบบเมตริก (Metric System) โดยมาจากหน่วยวัดฐานสิบ คือ เมตร (Meter) ซึ่ง ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในปีค.ศ. 1795 ระบบเมตริกนี้คิดค้นโดยมาร์กี เดอ กงดอร์เซ (Marquis de Condorset) ประชาชนต่างพอใจกับการนำระบบเมตริกมาใช้ชั่งตวงวัดเพราะเข้าใจง่ายและมีความแม่นยำมากกว่ามาตราชั่งตวงวัดแบบธรรมชาติ และยังทำให้รัฐบาลสามารถเก็บภาษีเพื่อนำมาพัฒนาประเทศได้อย่างเต็มเม็ดเต็มหน่วย โดยไม่จำเป็นต้องเกรงกลัวอำนาจมืดของขุนนางอย่างที่เคยเป็น

ระบบหน่วยวัดต่างๆ

ระบบเมตริก

หน่วยวัดความยาวในระบบเมตริกที่เราคุ้นเคยกันมักจะใช้กับการวัดขนาด หาความยาวของสิ่งต่างๆ รวมไปถึงใช้เป็นหน่วยของระยะทาง ดังนี้ มิลลิเมตร, เซนติเมตร, เมตร และกิโลเมตร นอกจากนั้นยังมีเฮกโตเมตร เดคาเมตร และเดซิเมตร ที่มักใช้เป็นหน่วยการวัดในเชิงวิทยาศาสตร์

ระบบอิมพีเรียล

ระบบการวัดอเมริกัน-อังกฤษ หรือเรียกอีกอย่างว่าระบบอิมพีเรียล นิยมใช้กันในประเทศอังกฤษและอเมริกา แต่เนื่องจากในอดีตอังกฤษเป็นประเทศที่เป็นจักรวรรดิ แผ่อำนาจครอบคลุมไปเกือบทั่วโลก หน่วยวัดในระบบอิมพีเรียลจึงเป็นที่รู้จักและนิยมใช้กันแพร่หลายมาจนถึงปัจจุบัน

หน่วยวัดระบบอเมริกัน-อังกฤษ มีดังนี้ นิ้ว (inch), ฟุต (foot), หลา (yard) และไมล์ (mile)

อุบัติเหตุที่เกิดจากความผิดพลาดใน “การแปลงหน่วย”

Mars Climate Orbiter ยานสำรวจดาวอังคารของนาซ่า ที่ถูกส่งขึ้นในวันที่ 11 ธันวาคม 1998 เพื่อศึกษาสภาพภูมิอากาศบนดาวอังคารและการเปลี่ยนแปลงบนผิวดาว แล้วก็เพื่อใช้เป็นอุปกรณ์สื่อสารสำหรับยานลงจอดบนขั้วดาวอังคารในอนาคต ทว่าเมื่อถึงวันที่ 23 กันยายน 1999 ยานก็ขาดการติดต่อเมื่อเข้าใกล้ดาวอังคาร นั่นเป็นเพราะทีมหนึ่งใช้ซอฟต์แวร์ที่คำนวณแรงเป็นหน่วยปอนด์-วินาทีที่เป็นหน่วยที่ใช้โดยทั่วไปในอเมริกา ในขณะที่อีกทีมใช้ซอฟต์แวร์คำนวณเป็นหน่วยนิวตัน-วินาทีตามหลักสากล เมื่อทีมแรกเอาข้อมูลมาให้อีกทีมต่อ ซอฟต์แวร์นั้นก็เอาตัวเลขมาเป็นหน่วยนิวตันเลย ไม่ได้แปลงหน่วยก่อน ทำให้ยานหลุดไปจากตำแหน่งที่วางไว้ถึง 100 กิโลเมตร และห่างจากเขตที่มันสามารถทำงานได้ถึง 25 กิโลเมตร ทำให้ยานเสียการติดต่อกับโลกและน่าจะแหลกสลายไปในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร ทำให้ปฏิบัติการมูลค่ากว่า 300 ล้านดอลลาร์ต้องล้มเหลวไปอย่างน่าเสียดาย

ระบบหน่วยระหว่างชาติ หรือ ระบบเอสไอ
(SI : The International System of Units)

เราจะพบว่าแต่ละประเทศมีระบบหน่วยการวัดไม่เหมือนกัน ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาในการแปลงหน่วยต่างๆ เพื่อให้การใช้หน่วยเป็นมาตรฐานเดียวกันทั่วโลกโดยเฉพาะในวงการวิทยาศาสตร์ องค์การระหว่างประเทศว่าด้วยการมาตรฐาน (ISO หรือ International Organization for Standardization) จึงได้กำหนดระบบหน่วยมาตรฐานที่เรียกว่า ระบบหน่วยระหว่างชาติ หรือ ระบบเอสไอ (SI : The International System of Units) ให้ทุกประเทศใช้เป็นมาตรฐาน

ในปีพ.ศ. 2503 องค์กรระหว่างประเทศว่าด้วยมาตรฐาน ISO ได้กำหนดให้มีระบบวัดใหม่ขึ้นเพื่อใช้ในทางวิทยาศาสตร์และเพื่อให้การวัดเป็นมาตรฐานเดียวกันทั่วโลก เรียกว่า ระบบ SI หรือระบบระหว่างประชาชาติ แม้ระบบนี้จะใช้กันทั่วโลก แต่ก็ยังมีบางประเทศที่ยังไม่เปลี่ยนมาใช้ระบบ SI เช่น สหรัฐอเมริกา ไลบีเรีย และ พม่า เป็นต้น โดยใช้ระบบอิมพีเรียลตามแบบฉบับอเมริกัน-อังกฤษ อยู่เหมือนเดิม โดยระบบเอสไอประกอบด้วย หน่วยฐาน (base units) และ หน่วยอนุพันธ์ (derived units) ดังรายละเอียดต่อไปนี้

หน่วยฐาน (base units)

หน่วยฐานของระบบเอสไอ มีทั้งหมด 7 หน่วย ดังตาราง 1.1
ตาราง 1.1 ชื่อและสัญลักษณ์ของหน่วยฐานของระบบเอสไอ

หน่วยอนุพัทธ์ (derived units)

หน่วยอนุพัทธ์เป็นหน่วยที่ประกอบด้วยหน่วยฐานที่ได้จากการคำนวณทางฟิสิกส์ เช่น การคูณ (´) หรือ การหาร(¸) ในขณะที่การบวก (+) หรือ การลบ (-) หน่วยทางฟิสิกส์นั้นจะยังคงเป็นหน่วยเดิม

เกร็ดความรู้ : หน่วยแรงจากการคำนวณคือ kg.m/s² แต่เพื่อให้เกียรติกับเซอร์ ไอแซก นิวตัน จึงให้หน่วยแรงคือหน่วย นิวตัน (newton, N) โดยเมื่อนำชื่อนักวิทยาศาสตร์มาเป็นหน่วย ให้ใช้สัญลักษณ์ย่อเป็นอักษรภาษาอังกฤษพิมพ์ใหญ่ เช่น นิวตัน (N) จูล (J) วัตต์ (W) เป็นต้น

คำนำหน้าหน่วย (prefix)

นอกจากนี้ระบบเอสไอได้กำหนดคำนำหน้าหน่วย (prefix) เพื่อทำให้หน่วยที่ใช้เล็กลง หรือ ใหญ่ขึ้น มีผลให้เขียนปริมาณที่มีค่ามากๆ หรือ ค่าน้อยๆ ได้สะดวกและรวดเร็ว โดยคำนำหน้าที่ถูกใช้บ่อยดังตาราง 1.2

ตาราง 1.2 คำนำหน้าหน่วย