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Kleine Teilchen und winzige Zahlen

Das Ampere wird nun direkt über die Elementarladung des Elektrons mit 1,602176634 e-19 Amperesekunden definiert. Der Stromfluss lässt sich dann durch das Zählen der Ladungsträger definieren. Aber ein Elektron in einem elektrischen Potenzial von einem Volt hat per Definition eine Energie von einem Elektronenvolt oder 1,602176634 e-19 Joule. Auf diese Weise lässt sich das Ampere messen, aus nichts als der Energie, die pro Sekunde nötig ist, um einen bestimmten Stromfluss aufrechtzuerhalten.

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Die vier Einheiten für Zeit, Länge, Masse und Stromfluss genügen, um die gesamte Physik zu beschreiben. Aber dennoch werden im System International drei Umrechnungsfaktoren zur Berechnung der Temperatur, Stoffmenge und Helligkeit festgelegt. Die Temperatur eines Gases entspricht zum Beispiel der Energie, die jedes Teilchen des Stoffs im Durchschnitt pro Freiheitsgrad besitzt. Das Kelvin ist im Grunde unnötig. Aber dennoch wird als Umrechnungsfaktor die Boltzmannkonstante mit 1,380649 e-23 Joule pro Kelvin auf einen Wert festgelegt, bei dem Wasser bei etwa 273,16 Kelvin gefriert und unter Standardbedingungen bei 373,16 Kelvin zu kochen anfängt.

Kleine Teilchen und große Zahlen

Auch das Mol ist ein Teil des Systems. Damit wird die Zahl der Atome in einer bestimmten Menge eines Stoffs berechnet. Das Mol erspart Chemikern und Physikern den Umgang mit großen Zahlen, indem sie die Zahl 6,02214076e23 mit dem Wort Mol abkürzen. Bisher war das Mol definiert als die Zahl der Atome in 12 Gramm Kohlenstoff. Jetzt ist es nur noch eine Zahl. Eine Verbesserung der Messmethoden würde das Gewicht eines Kohlenstoffatoms verfeinern, anstatt die Zahl, die auch als Avogadro-Konstante bekannt ist, genauer zu bestimmen.

Und dann ist da die Sache mit der Leuchtkraft. Die Einheit Candela ist letztlich ein subjektives Maß, das angibt, wie hell eine Lichtquelle für einen Menschen erscheint. Dafür wird nun Licht mit einer Frequenz von 540e12 Hertz oder 555,2 Nanometer als Referenz benutzt, für die das menschliche Auge am empfindlichsten ist. Die Helligkeit von Licht mit anderen Wellenlängen wird dann mit einer Referenzlichtquelle mit 555,2 Nanometern verglichen. Ein Candela entspricht dann der Helligkeit einer Lichtquelle mit einer Leistung von 1/683 Watt, die ihr Licht in einem Winkel von 65,54 Grad abgibt.

Das neue System verhindert Folgefehler

Die 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht wird nicht die Letzte gewesen sein. Auch in Zukunft werden die Standards der technischen Entwicklung angepasst werden und bessere Messmethoden werden die älteren ersetzen. Das neue System nun beendet endgültig die Abhängigkeit von einzelnen Prototypen wie dem Urkilogramm von 1889. Es weiß heute niemand, wie stark sich das Gewicht des Urkilogramms seitdem verändert hat. Einige der angefertigten Kopien sind heute bis zu 60 Mikrogramm schwerer, andere nicht.

Vom Urkilogramm hängen heute aber tatsächlich alle Messungen von Gewichten, Kräften, Stromstärken, Stoffmengen, Ladungen von Teilchen wie Elektronen und Protonen direkt oder indirekt ab. Künftig kann nun jedes Land jederzeit ein eigenes Kilogramm als Referenz anfertigen, unabhängig von diplomatischen Beziehungen und der Verfügbarkeit des Urkilogramms. Durch die Festlegung der Naturkonstanten muss in Zukunft bei der Umrechnung zwischen Einheiten in hochpräzisen Messungen nicht mehr die Unsicherheit der Messung von Naturkonstanten beachtet werden.

Bei der Auswertung von früheren Messungen muss immer gefragt werden, wie genau die Naturkonstanten zu der Zeit bestimmt waren und welchen Wert die Forscher für die Konstanten angenommen haben. Jede Abweichung der Konstante führt in den Berechnungen zu Folgefehlern, die beachtet werden müssen. In einem System mit festgelegten Naturkonstanten gibt es in Zukunft zwar noch Messfehler, aber keine solchen Folgefehler mehr. Vor allem aber stellt das neue System sicher, dass auch in Zukunft alle Messungen ohne Pottwale auskommen. Ob das ausreicht, neben Myanmar und Liberia auch die USA von dem System zu überzeugen, bleibt allerdings fraglich.

 Die Atomuhr definiert die Zeit
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sw2090 24. Dez 2018 / Themenstart

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

Dieter Grosch 25. Nov 2018 / Themenstart

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

Epaminaidos 23. Nov 2018 / Themenstart

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

Frank... 21. Nov 2018 / Themenstart

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

DreiChinesenMit... 21. Nov 2018 / Themenstart

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

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