| Riferimento | Metri (m) | Nanometri (nm) |
|---|---|---|
| A sheet of A4 paper (long side) | 0.297 m | 297000000 nm |
| Average adult human height | 1.7 m | 1.7 × 109 nm |
| A football pitch (length) | 105 m | 1.05 × 1011 nm |
| A marathon | 42195 m | 4.2195 × 1013 nm |
| Height of Mount Everest | 8849 m | 8.849 × 1012 nm |
Il metro è l’unità di base della lunghezza nel Sistema internazionale di unità e si scrive m. Tutte le altre unità di lunghezza del SI sono definite come multipli o sottomultipli del metro, e da esso derivano a loro volta le unità di area, volume, velocità e molte altre.
La sua definizione è stata rivista quattro volte e ogni revisione ha sostituito un oggetto materiale con un riferimento più riproducibile. Nel 1791 l’Accademia delle scienze francese propose che il metro fosse la decimilionesima parte della distanza fra il Polo Nord e l’equatore lungo il meridiano passante per Parigi. La misurazione di quell’arco richiese sei anni e comportò un piccolo errore, dato che la Terra non è una sfera perfetta. Nel 1889 la definizione si basò su una barra di platino-iridio conservata a Sèvres, presso Parigi, con copie distribuite agli Stati firmatari. Nel 1960 il metro fu ridefinito come 1 650 763,73 lunghezze d’onda della luce arancione emessa dal cripto 86.
La definizione attuale risale al 1983 ed è particolare perché fissa una grandezza diversa. La velocità della luce nel vuoto è definita esattamente pari a 299 792 458 metri al secondo, e il metro ne discende come la distanza percorsa dalla luce in 1/299 792 458 di secondo. La velocità della luce non viene quindi più misurata: è una costante definita, e i progressi della misurazione affinano oggi il metro e non la velocità.
L’unità è usata in tutto il mondo per le dimensioni degli edifici, le piste di atletica, le piscine, la profondità dell’acqua, i tessuti e le funi. Solo pochi paesi conservano le unità imperiali per l’uso corrente e, anche lì, il metro domina la scienza e la medicina.
Alcuni riferimenti quotidiani aiutano a farsi un’idea della scala. Una normale porta interna è alta circa due metri. Il passo di un adulto sfiora i tre quarti di metro, ed è per questo che contare i passi consente di stimare una distanza. La larghezza di una corsia di marcia è compresa fra tre e tre metri e mezzo nella maggior parte dei paesi.
Un metro equivale a 100 centimetri, 1000 millimetri o 0,001 chilometri. Corrisponde a circa 3,28084 piedi, ovvero 39,3701 pollici.
Il nanometro è la miliardesima parte del metro. Si forma applicando al metro il prefisso SI nano, che vale 10-9, e si scrive nm. Il prefisso deriva dal greco nanos, che significa nano.
È la scala di lavoro dell’ottica e dell’elettronica moderne. La luce visibile si estende da circa 380 nm all’estremo violetto a 750 nm all’estremo rosso, il che fa del nanometro l’unità consueta per descrivere il colore in termini fisici. Un puntatore laser che emette a 532 nm è verde; uno a 650 nm è rosso. La luce ultravioletta sta sotto i 380 nm e l’infrarossa sopra i 750 nm.
La biologia usa l’unità di continuo. La doppia elica del DNA è larga circa 2 nm. Un virus tipico misura fra 20 e 300 nm. Le membrane cellulari hanno uno spessore di circa 7 nm. Queste dimensioni stanno al di sotto della risoluzione dei microscopi ottici convenzionali, limitata dalla lunghezza d’onda della luce stessa a circa 200 nm.
La produzione di semiconduttori ha reso il nanometro familiare anche fuori dalla scienza. I nodi di processo hanno portato nomi come 90 nm, 45 nm, 14 nm, 5 nm e oltre. La cifra non corrisponde più ad alcuna caratteristica misurabile precisa del chip: è diventata una denominazione commerciale più che una dimensione fisica, benché le strutture sottostanti misurino davvero nanometri. Il gate di un transistor moderno è largo poche decine di atomi.
La nanotecnologia prende nome dall’unità e per convenzione riguarda le strutture fra 1 e 100 nm. In questo intervallo i materiali si comportano spesso in modo diverso, perché gli effetti di superficie cominciano a prevalere sulle proprietà di massa.
Misurare a questa scala richiede strumenti che non si affidino alla luce visibile. I microscopi elettronici risolvono dettagli inferiori al nanometro impiegando elettroni, la cui lunghezza d’onda effettiva è assai più corta di quella della luce. I microscopi a forza atomica funzionano in altro modo: trascinano una punta affilata sulla superficie e ne registrano la deflessione. Entrambi sono stati indispensabili allo sviluppo della nanotecnologia, giacché un campo avanza a fatica finché il suo oggetto resta invisibile.
Un nanometro equivale a 10 ångström, 1000 picometri o 0,001 micrometri. Un foglio di carta è spesso all’incirca 100 000 nm.