Wissenschaft: Die Neuvermessung der Welt

Das Kilogramm wird abgeschafft, beinahe. Das System der Maße für Zeit, Länge, Masse, Stromstärke, Temperatur, Stoffmenge und Leuchtkraft wird auf eine neue Basis gestellt, die ganz ohne das Urkilogramm auskommt. Golem.de erklärt, was sich ändert und warum.

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Eine Replik des Urkilogramms, das in Zukunft nicht mehr das Urkilogramm ist
Eine Replik des Urkilogramms, das in Zukunft nicht mehr das Urkilogramm ist (Bild: Wikimedia/Japs 88/CC-BY-SA 3.0)

Seit 1889 gibt es die Generalkonferenz für Maß und Gewicht. Auf Beschluss der Konferenz werden die genauen Definitionen der Einheiten im System International festgelegt, das aus sieben grundlegenden Einheiten besteht: Sekunde, Meter, Kilogramm, Ampere, Kelvin, Mol und Candela. Alle anderen gebräuchlichen Einheiten werden in den Wissenschaften aus diesen Einheiten hergeleitet. Das System International hat sich weitgehend durchgesetzt. Die Verwendung der Einheiten ist heute nur in Myanmar, Liberia und einem weiteren Land nicht gesetzlich vorgeschrieben.

Inhalt:
  1. Wissenschaft: Die Neuvermessung der Welt
  2. Die Atomuhr definiert die Zeit
  3. Kleine Teilchen und winzige Zahlen

In der vergangenen Woche tagte die Konferenz zum 26. Mal und beschloss, einen großen Teil des Systems umzustellen. Die Änderungen sollen am 20. Mai 2019 wirksam werden und dabei an den Einheiten absolut nichts ändern. Aber die Art und Weise, wie sie definitionsgemäß gemessen werden, wird auf eine neue Basis gestellt. Viele alte Definitionen werden abgeschafft. Sogar das Kilogramm, das seit 1889 über das Urkilogramm in Paris festgelegt wurde, wird am 20. Mai 2019 neu definiert.

Als das Kilo noch ein Kilo war

In der Vergangenheit wurden die Einheiten weitgehend über physische Gegenstände und Sachverhalte definiert. Einige der älteren Definitionen waren etwa, dass die Sekunde der 86.400ste Teil einer vollen Erdrotation in Bezug auf die Sonne ist. Ein Meter war der 10-millionste Teil der Entfernung vom Nordpol zum Äquator. Daraus wurde auf der Grundlage von Landvermessungen in Frankreich ein Urmeter als Längenreferenz hergestellt.

Mit Hilfe des Meters wurde ein Kilogramm definiert als die maximale Masse eines Würfels mit einer Kantenlänge von 10 Zentimetern, gefüllt mit reinem, flüssigem Wasser unter dem durchschnittlichen Luftdruck der Erdatmosphäre auf Meeresspiegelniveau, den Standardbedingungen. Die Dichte von Wasser und Größe von Gefäßen variiert aber mit der Temperatur, weshalb stattdessen 1889 das Urkilogramm als Referenz angefertigt wurde.

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Mit der Masse kann das Mol definiert werden, als die Anzahl der Kohlenstoffatome in 12 Gramm Kohlenstoff. Ein Ampere war lange Zeit definiert als jene Stromstärke, mit der 0,001118 Gramm Silber pro Sekunde aus einer Silbernitratlösung abgeschieden werden können. Das Kelvin wurde bekannt als der hundertste Teil zwischen der Temperatur des Tripelpunktes von Wasser und dessen Siedepunkt bei Standardbedingungen, was mit verschiedenen physikalischen Effekten gemessen werden kann.

Und dann ist da die Sache mit der Leuchtkraft. Die wurde zunächst definiert über Standardkerzen, woher die Einheit Candela ihren Namen hat. In Deutschland gab es etwa die Berliner Lichteinheit, entsprechend der Leuchtkraft einer Kerze, die pro Stunde 7,77 Gramm Spermaceti mit einer 44,5 mm hohen Flamme verbrennt. Die britische Candlepower war ganz ähnlich definiert. Spermaceti, auch Walrat genannt, war der Hauptgrund für die Jagd auf Pottwale. Aus jedem Pottwal wurden einige Tonnen der wachsartigen Substanz gewonnen. Aber schließlich schlug der Franzose Jules Violle vor, die Helligkeit eines Quadratzentimeters glühenden Platins an dessen Schmelzpunkt zu verwenden.

Aufbruch zu neuen Definitionen

Diese Art der Herleitung von Einheiten, auch wenn sie im Laufe der Zeit immer wieder verändert und verbessert wurde, hat große Schwächen. Sie hängt ab von physikalischen Gegenständen, die teilweise veränderlich oder gar nicht genau definierbar sind. Die Rotationsgeschwindigkeit der Erde ist veränderlich, der Luftdruck hängt vom Wetter ab, das Urkilogramm verliert durch bloße Benutzung ein wenig an Masse und so weiter. Und dann ist da die Sache mit der Leuchtkraft.

Deshalb versuchen sich Wissenschaftler und Ingenieure bei der Definition der Einheiten möglichst aller Gegenstände der realen Welt zu entledigen. Stattdessen sollten sie auf einfachen Zahlen und möglichst fundamentalen Naturgesetzen beruhen. Auf dieser Grundlage können dann aus fundamentalen Bausteinen des Universums jederzeit und überall Geräte gebaut werden, die dann Einheiten nach dem Standard des System International selbst bestimmen können, wie etwa eine Uhr.

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Die Atomuhr definiert die Zeit 
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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...



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