• IT-Karriere:
  • Services:

Die Atomuhr definiert die Zeit

Die neuen Definitionen der Einheiten des Systems International bauen aufeinander auf und die Definition der Sekunde bildet den Anfang. Definiert wird die Zeit nun über die Funktionsweise einer Atomuhr, in der Mikrowellen einer genau bestimmbaren Frequenz von Caesium-133-Atomen absorbiert werden. Zur Definition der Sekunde wurde schlicht festgelegt, dass diese Frequenz exakt 9.192.631.770 Schwingungen pro Sekunde entspricht. Alle anderen Zeitmessungen müssen mit diesem Standard verglichen werden.

Stellenmarkt
  1. Universität Potsdam, Potsdam
  2. Schaeffler Digital Solutions GmbH, Chemnitz

Das Ganze funktioniert, weil elektrisch neutrale Caesium-133-Atome überall im Universum identisch und relativ leicht beschaffbar sind. Der Effekt kommt durch den Übergang eines Elektrons in der Außenschale des Atoms zwischen zwei Zuständen zustande. Dieser Übergang erfordert eine genaue Menge an Energie und kann nur durch Mikrowellen einer bestimmten Frequenz erzwungen werden. Verantwortlich ist dafür die Hyperfeinstruktur der Zustände der Elektronen.

Der Hyperfeinstruktur entsteht, weil Elektronen ähnlich einer Kompassnadel ein magnetisches Moment haben, den Elektronenspin. Allerdings kann der Elektronenspin nur zwei Zustände haben. Der Elektronenspin hätte allein keinerlei Auswirkungen, wenn sich das Elektron nicht in einem Magnetfeld befände. Aber in diesem Fall befindet es sich im genau definierten Magnetfeld, das vom Atomkern eines Caesium-133-Atoms selbst erzeugt wird. Der Elektronenspin kann sich ändern, wenn die exakte dafür nötige Energiemenge von Mikrowellen bereitgestellt wird, genau genommen Mikrowellen mit exakt 9.192.631.770 Schwingungen pro Sekunde.

Lichtgeschwindigkeit definiert den Meter, nicht umgekehrt

Um den Meter zu definieren, wird eine Länge in der Natur benötigt, die präzise messbar und ohne weitere Annahmen überall gleich ist. Deswegen wird der Meter über die Lichtgeschwindigkeit definiert. Die Messung der Lichtgeschwindigkeit wird also umgekehrt. Anstatt zu messen, wie viele Meter sich Licht in einer Sekunde ausbreitet, wird der Meter definiert, indem gesagt wird, dass sich Licht pro Sekunde um 299.792.458 Meter ausbreitet. Das bedeutet allerdings, dass künftig die magnetische Permeabilität des Vakuums, aus der sich die Lichtgeschwindigkeit berechnen lässt, experimentell bestimmt werden muss. Zuvor war sie festgelegt.

Eine genauere Messung der Lichtgeschwindigkeit verändert ab Mai 2019 also nicht mehr die Lichtgeschwindigkeit, sondern die Definition des Meters, der magnetischen Permeabilität des Vakuums und aller anderen Einheiten, die darüber definiert werden. Solange bei allen Messungen Einsteins Relativitätstheorie beachtet und die gesamte Messung von einem feststehenden Messsystem vorgenommen wird, werden diese Messungen überall zu vergleichbaren Standards führen.

Masse ist pure Energie

Die neue Definition des Kilogramms, ohne etwas anderes als Meter und Sekunden messen zu können, verdanken wir der Untersuchung des Lichts durch Max Planck. Denn Licht kann allein mit Metern und Sekunden beschrieben werden, besteht aber aus Teilchen mit einer bestimmten Energie, die von der Frequenz der Lichtwellen abhängt. Die nach Max Planck benannte Planck-Konstante erlaubt die Umrechnung von der Frequenz zur Energie. Die Frequenz multipliziert mit der Konstante ergibt die Energie. Die Konstante wurde festgelegt auf 6,62607015 e-34 Joulesekunden.

Über den Umweg der Energie könnte nun die Masse direkt über Einsteins berühmteste Gleichung E=mc² definiert werden. Aber das Joule, die Einheit für Energie, beinhaltet ohnehin das Kilogramm. Beispielsweise wird eine bestimmte Menge Energie benötigt, um eine bestimmte Masse auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu beschleunigen. Aus der Messung, wie viel Energie die Teilchen des Lichts besitzen, kann dann das Kilogramm errechnet werden. Es kann aber auch direkt gemessen werden, wie stark die Kraft durch den Lichtdruck eines Laserstrahls einer bestimmten Leistung ein Stück Masse beschleunigt.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
 Wissenschaft: Die Neuvermessung der WeltKleine Teilchen und winzige Zahlen 
  1.  
  2. 1
  3. 2
  4. 3
  5.  


Anzeige
Top-Angebote
  1. 158€ (Bestpreis!)
  2. mit Rabattcode "GESCHENK5"
  3. 65,95€
  4. (u. a. Seagate Game Drive PS4 2TB The Last of Us 2 Special Edition für 78,29€, Seagate Game...

sw2090 24. Dez 2018

Bisher war HZ 1/Sekunde. Jetzt wird aber Sekunde $schwingungen/Sekunde also Hz...

Dieter Grosch 25. Nov 2018

Jede Theorie ist immer zuerst eine Privatmeinung bis sie von mehreren anderen benutzt...

Epaminaidos 23. Nov 2018

Weil die Idee nicht gut war. Wenn überhaupt, hätte man 100 nehmen sollen. Die 400 wirkt...

Frank... 21. Nov 2018

Das ist korrekt. Auch wenn ich gestehen muss, dass ich den Roman nie gelesen habe.

DreiChinesenMit... 21. Nov 2018

Sie muss nicht durch 4 teilbar sein. 1/4 zur Basis 210 ist eine Zahl mit nur 2 zeichen...


Folgen Sie uns
       


Drohnenflug am Strand mit Google Earth Studio - Tutorial

Wir zeigen im kurzen Tutorial, wie man in Earth Studio eine einfache Animation erstellt.

Drohnenflug am Strand mit Google Earth Studio - Tutorial Video aufrufen
Apple: iPhone 12 bekommt Magnetrücken und kleinen Bruder
Apple
iPhone 12 bekommt Magnetrücken und kleinen Bruder

Das iPhone 12 ist mit einem 6,1-Zoll- und das iPhone 12 Mini mit einem 5,4-Zoll-Display ausgerüstet. Ladegerät und Kopfhörer fallen aus Gründen des Umweltschutzes weg.

  1. Apple iPhone 12 Pro und iPhone 12 Pro Max werden größer
  2. Apple iPhone 12 verspätet sich
  3. Back Tap iOS 14 erkennt Trommeln auf der iPhone-Rückseite

Corsair K60 RGB Pro im Test: Teuer trotz Viola
Corsair K60 RGB Pro im Test
Teuer trotz Viola

Corsair verwendet in der K60 Pro RGB als erster Hersteller Cherrys neue preiswerte Viola-Switches. Anders als Cherrys günstige MY-Schalter aus den 80ern hinterlassen diese einen weitaus besseren Eindruck bei uns - der Preis der Tastatur hingegen nicht.
Ein Test von Tobias Költzsch

  1. Corsair K100 RGB im Test Das RGB-Monster mit der Lichtschranke
  2. Corsair Externes Touchdisplay ermöglicht schnelle Einstellungen
  3. Corsair One a100 im Test Ryzen-Wasserturm richtig gemacht

Watch SE im Test: Apples gelungene Smartwatch-Alternative
Watch SE im Test
Apples gelungene Smartwatch-Alternative

Mit der Watch SE bietet Apple erstmals parallel zum Topmodell eine zweite, günstigere Smartwatch an. Die Watch SE eignet sich unter anderem für Nutzer, die auf die Blutsauerstoffmessung verzichten können.
Ein Test von Tobias Költzsch

  1. Apple WatchOS 7.0.3 behebt Reboot-Probleme der Apple Watch 3
  2. Series 6 im Test Die Apple Watch zwischen Sport, Schlaf und Sättigung
  3. Apple empfiehlt Neuinstallation Probleme mit WatchOS 7 und Apple Watch lösbar

    •  /