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Wissen Maß und Gewicht: So wird die Neuvermessung der Welt geplant
Nachrichten Wissen Maß und Gewicht: So wird die Neuvermessung der Welt geplant
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17:20 13.11.2018
Rund und exakt: Dieser Prototyp eines neuen Kilogramms wird wohl bald neuer Standard im Einheitensystem. Quelle: dpa
Versailles

In der französischen Stadt Versailles wird seit Dienstag nicht weniger als eine Revolution des Internationalen Einheitensystems (SI) angeschoben. Auf der 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht entscheiden die Vertreter der Internationalen Meterkonvention unter anderem über das Schicksal des Ur-Kilogramms. Nach 143 Jahren soll der zylinderförmige Prototyp in Rente geschickt werden. Ab sofort sind Naturkonstanten das Maß der Dinge.

Neben dem Kilogramm werden zukünftig auch das Mol (Stoffmenge), das Ampere (Stromstärke) und das Kelvin (Temperatur) anhand von Naturkonstanten definiert. Der Meter, die Sekunde und die Candela (Lichtstärke) fußen bereits auf solchen Konstanten. „Die Forschergemeinschaft hat sich gefragt: „Kann es gelingen, die Maße so zu definieren, dass es keine Wackler gibt?“, beschreibt Jens Simon von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig den vorausgegangenen Prozess.

Der alte zylinderförmige Prototyp für das Kilogramm. Quelle: AP

Die perfekte „Zählmaschine“ aus Braunschweig

Die PTB war federführend beim Durchbruch auf dem Gebiet des Kilogramms. Sie hat eine „Zählmaschine“ entwickelt: eine Siliziumkristallkugel, deren verbaute Atome sich mit großer Genauigkeit bestimmen und für weitere Berechnungen nutzen lassen. Simon: „Da kitzeln Sie die Avogadro-Konstante und die Planck-Konstante heraus.“ Diese beiden Naturkonstanten sind universell – und erlauben es, im umgekehrten Prozess durch sie das Naturkilo zu realisieren, wie Simon beschreibt.

Dasselbe ist einem Forscherteam aus Kanada auch mit der sogenannten Watt-Waage gelungen – eine Grundbedingung der Internationalen Büros für Maß und Gewicht, um das Plancksche Wirkungsquantum als definierende Konstante für das Kilogramm zuzulassen.

Gewicht des Ur-Kilos schwankt

„Das alte System hatte eine gewisse Drift“, sagt Simon. Gemeint sind damit unter anderem materielle Schwankungen. Dass das Ur-Kilogramm ausgedient hat, ist schon länger klar. Der Zylinder aus Platin-Iridium, in einem Tresor des Internationalen Büros für Maß und Gewicht (BIPM) in Sèvres bei Paris penibel bewacht, ist nämlich nicht perfekt, ebenso wenig wie seine Kopien in den Mitgliedsstaaten der Meterkonvention. Das Kilogramm schwankt im Gewicht. „Die Schwankung ist nicht vernachlässigbar“, sagt Simon. Zum Beispiel in der Pharma-Industrie könne das zu Problemen führen.

Der Grund für die Schwankung, die bei etwa 50 Mikrogramm liegt, ist unbekannt. Möglicherweise werden beim Reinigen Atome abgetragen, auch andere Erklärungsansätze sind schon diskutiert worden. Sicher ist aber, das es als Instrument zur Gewichtsbestimmung auf Dauer nicht mehr taugt. Während sich der ebenfalls aus Platin-Iridium gefertigte Ur-Meter schon 1960 aufs Altenteil zurückzog und seit 1983 von der Naturkonstante Lichtgeschwindigkeit abgeleitet wird, ist nun also das Ur-Kilo dran.

Neues System soll ab Mai 2019 gültig sein

„Was das neue System charmant macht, ist die universelle Gültigkeit“, sagt Jens Simon vom PTB. „Wenn Sie irgendwo im Weltall die Werte nachmessen würden, so würde dasselbe herauskommen.“ Der Weg dorthin sei „High-End-Forschung“ gewesen. „Es ging darum, die neuen Werte im alten Maßsystem so gut wie möglich zu berechnen.“

Am Freitag, dem letzten Tag der 26. Generalkonferenz, wird von den Vertretern der 60 Mitgliedsstaaten der Meterkonvention sowie der 42 assoziierten Länder abschließend über das Schicksal des Ur-Kilogramms entschieden. Der vollendete Umbau des Einheitensystems dürfte dann am Freitag beschlossene Sache sein und am Weltmetrologietag, dem 20. Mai 2019, in Kraft treten.

Live-Übertragung der Generalkonferenz

„Die Metrologie wird damit ganz tief in der Grundlagenforschung verankert“, sagt Simon. „Für theoretische Physiker ist das genial – und auch für den normalen Bürger.“

Die entscheidende Sitzung der Generalkonferenz wird am Freitag ab 11 Uhr live übertragen: https://www.bipm.org/en/the-si/

Von Marco Nehmer/RND

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