Metrijärjestelmä

Metrijärjestelmä on metriin ja kilogrammaan perustuva, alkujaan Ranskassa 1700-luvun lopulla käyttöön otettu mittayksikköjärjestelmä, joka on myöhemmin laajennettu nykyiseksi SI-järjestelmäksi.

Alkuperä

Vanhoista ajoista lähtien on eri maissa käytetty toisistaan poikkeavia mittayksiköitä, jotka usein ovat perustuneet ihmisen ruumiinosien tavanomaisiin mittoihin. Eri maissa ja jopa samassa maassa eri paikkakunnilla käytetyt samannimisetkin mittayksiköt ovat kuitenkin poikenneet usein toisistaan, mikä on aiheuttanut suurta sekaannusta varsinkin kaupankäynnissä, myöhempinä aikoina myös tieteessä. 
Roomalainen mittajärjestelmä oli aikoinaan käytössä laajalti Euroopassa, mutta aikojen kuluessa sitäkin muutettiin eri maissa eri tavoin. Roomalaiset jakoivat jalan 12 tuumaan ja naula (libra) -nimisen painoyksikön 12 unciae-yksikköön. Kun mittayksiköiden alalla pääsi Rooman valtakunnan hajoamisen jälkeen vallalle suuri sekaannus, Kaarle Suuri yritti, joskin huonolla menestyksellä, yhtenäistää mittajärjestelmän. Laajeneva kaupankäynti pakotti kuitenkin vähitellen yhtenäistämään mittoja. Englannissa saatiinkin jo 1200-luvulla aikaan valtakunnallisesti yhtenäinen, joskin monimutkainen yksikköjärjestelmä. Sitä vastoin esimerkiksi Ranskassa oli vielä 1700-luvulla eri paikkakunnilla käytössä eri mittayksiköt. Kaikkiaan eri puolilla Ranskaa oli käytössä jopa 250 000 eri suuruista mittayksikköä. Ainoastaan ajan yksiköt, vuorokauden murto-osina määritellyt tunti, minuutti ja sekunti, sekä kulmayksiköt olivat samat kaikkialla Euroopassa.
Ensimmäisen huomattavan ehdotuksen metrijärjestelmää muistuttavan, kansainvälisesti yhtenäisen mitta­järjestelmän aikaansaamiseksi teki Christiaan Huygens vuonna 1664. Hän ehdotti pituusyksiköksi sekuntiheilurin pituutta, joka onkin varsin lähellä metriä. Myöhemmin kuitenkin osoittautui, että se riippuu paikkakunnan leveysasteesta. Useat muutkin tiedemiehet laativat 1700-luvulla ehdotuksia yhtenäiseksi mittajärjestelmäksi.
Uudistus saatiin kuitenkin toteutetuksi vasta Ranskan suuren vallankumouksen aikana. Silloin Ranskan kansalliskokous asetti matemaatikoista muodostuvan komitean laatimaan uutta mittajärjestelmää. Komiteassa olivat jäseninä eräät aikakauden huomattavimmat tiedemiehet kuten Joseph-Louis Lagrange ja Antoine Lavoisier. Vuonna 1791 kuningas Ludvig XVI vahvistikin ehdotuksen päivää ennen kuin hänet vangittiin. Lopullisesti asiaa koskeva laki astui Ranskassa voimaan vuonna 1799.
Metrijärjestelmän perusyksikkönä oli pituusyksikkö metri, joka alkujaan määriteltiin kymmenesmiljoonasosaksi matkasta Pariisin pituuspiiriä pitkin päiväntasaajalta pohjoisnavalle. Toisena perusyksikkönä oli alkujaan painon yksiköksi käsitetty gramma, joka määriteltiin vesikuutiosenttimetrin painoksi. Käytännön syistä molemmille valmistettiin viralliset vertailukappaleet, ja gramman asemesta perusyksikkönä alettiin pian käyttää kilogrammaa. Myöhemmin ovat tarkemmat mittaukset osoittaneet, että molemmat vertailukappaleet poikkeavat jonkin verran alkuperäisistä määritelmistä, ja kun tämä havaittiin, yksiköt määriteltiin tarkalleen vertailukappaleiden suuruisiksi.
Muut yksiköt määriteltiin näiden avulla kymmenjärjestelmän mukaisina kerrannaisina ja jaannaisina. Metriä suuremmat pituusyksiköt olivat alkujaan dekametri (10 m), hehtometri (100 m), kilometri (1 000 m) ja myriametri (10 000 m), pienemmät taas desimetri (0,1 m), senttimetri (0,01 m) ja millimetri (0,001 m). Samoilla etuliitteillä varustetut grammaa suuremmat ja pienemmät yksiköt vahvistettiin myös painoille. Osa näistä jäi kuitenkin käytännössä harvinaisiksi ja myriametri on myöhemmin virallisestikin poistettu käytöstä. Pinta-alan yksiköt määriteltiin sellaisten neliöiden avulla, joiden sivu on pituusyksikön suuruinen; tällöin kuitenkin kahden peräkkäisen yksikön (esimerkiksi neliömetrin ja neliödesimetrin) suhdeluku on 100. Vastaavasti määriteltiin tilavuusyksiköt, joilla tämä suhdeluku on 1000.
Pinta-alan yksiköksi määriteltiin kuitenkin myös aari, joka vastaa 100 neliömetriä, sekä sen kerrannainen hehtaari, joka on 100 aaria. Samoin tilavuuden yksiköksi vahvistettiin litra, joka on kuutiodesimetrin suuruinen, ja josta käytetään myös edellä mainituilla etuliitteillä varustettuja kerrannaisia. Tuhannelle kilogrammalle vahvistettiin nimi tonni, joka ainoana uuden järjestelmän yksikkönä sai nimensä ennestään käytetyn, samaa suuruusluokkaa olleen yksikön mukaan. 
Alusta lähtien oli tiedemiespiireissä epäselvyyksiä siitä, oliko kilogramma katsottava painon ja näin ollen voiman vai massan yksiköksi. Arkielämässä sekaannuksesta ei ollut suurta haittaa, mutta tieteellisesti ero oli ollut selvä siitä lähtien Isaac Newtonin mekaniikka ja painovoimalaki olivat tulleet tunnetuiksi. Pitkät ajat kilogrammaa käytetiin eri aloilla kummassakin merkityksessä, ja vasta 1900-luvulla vahvistettiin lopullisesti, että kysymys on massan yksiköstä. Sitä ennen oli useilla teknisillä aloilla käytetty niin sanottua teknistä mittajärjestelmää, jossa massayksikön, kilogramman, asemesta perusyksikkönä oli kilogramman voima eli kilopondi.

Laajennukset ja SI-järjestelmä

Alkuperäiseen metrijärjestelmään ei sisältynyt muita kuin pituuden, pinta-alan, tilavuuden ja massan (painon) yksiköt. Ajan yksikköihin uudistuksella ei sellaisenaan ollut vaikutusta, joskin Ranskassa tehtiin ehdotuksia myös vuorokautta lyhempien aikayksiköiden muuttamisesta kymmenjärjestelmän mukaisiksi. Lämpötilan yksikkönä käytettiin jo tuolloin celsiusastetta, mutta vielä ei katsottu tarpeelliseksi asian vahvistamista lailla. Kun sähköopin kehitys oli tuolloin vielä alkuasteellaan, järjestelmään ei alkujaan kuulunut myöskään sähkösuureiden yksiköitä. 
Tieteen ja tekniikan kehitys teki kuitenkin tarpeelliseksi määritellä yksiköitä muillekin suureille. Ensimmäisen huomattavan ehdotuksen sähkösuureiden mittajärjestelmäksi teki Karl Friedrich Gauss 1830-luvulla. Hänen ehdotuksensa hieman muunnetussa muodossaan tuli tieteellisissä yhteyksissä käyttöön cgs-järjestelmän nimellä. Yleisemmin käytetyn sähkö­mitta­järjestelmän vahvisti kansainvälinen mitta- ja painokongressi vuonna 1881. Siinä tuli uudeksi perusyksiköksi sähkövirran yksikkö ampeeri. Kaikki nämä järjestelmät olivat erilaisia alkuperäisen metrijärjestelmän laajennuksia.
Järjestelmään tehtiin myöhemmin vielä lisäyksiä. Käyttöön on tullut uusia suureita yksikköineen, ja myös kerrannaisyksiköitä etuliitteineen on vahvistettu lisää. Vuonna 1960 kansainvälinen kongressi vahvisti näin laajennetulle mittajärjestelmälle nimen SI-järjestelmä.