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Meter und Sekunde – Neue Grundlagen für Maßeinheiten

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Uwe Springfeld
Uwe Springfeld (Foto: David Springfeld)
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U. Gradwohl & R. Kölbel

In Zukunft werden Maßeinheiten wie das Kilogramm von sogenannten Naturkonstanten abgeleitet. Das ist nötig, weil die alten Vergleichswerte zu ungenau geworden sind. Seit 2019 wird das Kilo in Siliziumatomen gerechnet.

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Im Herbst 2018 stimmten Experten aus 60 Staaten bei der "Generalkonferenz für Maß und Gewicht" in Versailles 2018 über ein neues Einheitensystem ab. Neu definiert werden demnach Ampere (Stromstärke), Mol (chemische Stoffmenge), Kelvin (Temperatur) und eine Maßeinheit, die uns tagtäglich begleitet: das Kilogramm.

Blitze kommen aus einer Tesla-Spule (Foto: dpa Bildfunk, dpa Geisler-Fotopress -  Christoph Hardt/Geisler-Fotopress)
Blitze kommen aus einer Tesla-Spule. Auch die Stromstärke wird künftig neu berechnet.

Urkilogramm verliert an Gewicht

Das Urkilogramm ist ein golfballgroßer Zylinder aus Platin und Iridium und trägt den Spitznamen "Grand K". Seit 1889 ruht das Urkilogramm im Tresor eines Schlosses bei Paris. Ursprünglich dachte man, dass das Urkilo für alle Zeiten als Vergleichskörper zum Eichen von Waagen verwendet werden kann. Doch "Grand K" ist mit der Zeit immer leichter geworden.

Vermutlich wurde beim Gießen des Zylinders auch Gas in das Metall mit eingeschlossen, das dann mit der Zeit aus dem Metallklotz entwich. Doch in der Wissenschaft des Vermessens, die weder beim Nanometer (Millionstel Millimeter) noch bei der Femtosekunde (Millionstel einer Milliardstel Sekunde) aufhört, sind Schwankungen ein unhaltbarer Zustand für die Forscher.

Deshalb hat das Internationale Büro für Maß und Gewicht "Grand K" und seine sechs offiziellen Kopien nun in den Ruhestand geschickt. Ab jetzt wird das Kilo als Masse einer genau bestimmten Anzahl von Siliziumatomen definiert. Denn es ist sehr viel präziser, Atome zu zählen statt einen Masseklotz zu wiegen.

Prototyp des Urkilogramms (Foto: dpa Bildfunk, dpa Bildfunk - Foto: Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB)
Das Ur-Kilogramm wird ausrangiert. Der Prototyp des Urkilogramms zeigt einen kleinen Zylinder, nur knapp vier Zentimeter hoch. Bisher stand es gut behütet unter drei Glasglocken in Paris.

Vorteile dieses Verfahrens: Handel mit Außerirdischen wird möglich

  • Durch die Neudefinition wird nicht nur die 1-Kilo-Marke auf der Masseskala genau festgelegt, sondern mit derselben Genauigkeit lässt sich durch Abzählen entsprechend weniger oder mehr Atome auch jeder andere Punkt der Masseskala genau festlegen. Das ging mit dem Metallklotz nicht, dazu hätte man ihn zerteilen und damit zerstören müssen.
  • Grundsätzlich kann sich nun jeder überall ein exaktes Kilo basteln. Er muss nicht mehr nach Paris fahren und sein gebasteltes Kilo auf der Waage mit dem Urkilo zu vergleichen. Er muss nur Silizium-Atome zählen können.
  • Die neue Kilo-Definition gilt nicht nur auf der Erde, sondern ist im gesamten Universum anwendbar. Denn Siliziumatome sind überall gleich. Damit ist diese Definition, und darauf weist die Physikalische Bundesanstalt in Braunschweig mit einem Augenzwinkern hin, auch grundsätzlich geeignet für den Handel mit Außerirdischen.

Für die Allgemeinheit ändert sich nichts

Auf der Waage im Bad bleibt ein Kilogramm gleich schwer und auch im Supermarkt bekommt man nicht mehr oder weniger für sein Geld.

Auch den Austausch des Urmeters vor mehr als 30 Jahren bemerkten nur die Wissenschaftler. Damals wurde der ursprünglich als Maßobjekt festgelegte Metallstab aussortiert und stattdessen festgelegt, dass ein Meter einer bestimmten Anzahl von Lichtwellenlängen entspricht.

Urmeter Schild neben Zollstock (Foto: dpa Bildfunk, picture alliance / Winfried Roth -)
Der sogenannte Urmeter aus Metall ist 1960 abgelöst worden. Seither wird der Meter mit viel genaueren Licht- und Laserwellen gemessen.

Mit der Umstellung der Kilodefinition auf Siliziumatome ist das Einheitensystem nun komplett umgestellt auf Definitionen, die möglicherweise für alle Zeiten gültig bleiben könnten. Denn sie messen mit Naturkonstanten, die als unveränderlich gelten. Die Neuregelungen traten am 20. Mai 2019 in Kraft.

Korrekturhinweis: In der Folge wird der Jahresetat der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt mit rund zwei Millionen Euro beziffert. Tatsächlich beträgt er rund 200 Millionen Euro.

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