Hauptrolle für Naturkonstanten

Kulturrevolution im Einheitensystem

Die "Revolution" wurde von langer Hand vorbereitet. Von den Metrologen in ihren wissenschaftlichen Laboratorien und von den Wissenschaftsmanagern in ihren Entscheidungsgremien. Und nun ist die Zeit reif, dass manch alte Größe (bzw. die Definition dahinter) abdanken muss, um den neuen, die schon bereit stehen, Platz zu machen. Die Rede ist von Kilogramm und Mol, Ampere und Kelvin.

Im neuen Internationalen Einheitensystem (SI) werden sieben Naturkonstanten als definierende Bezugsgrößen festgelegt. Die sieben Basiseinheiten – in der Grafik im äußeren Kreis angeordnet – verlieren ihre herausgehobene Stellung. (Grafik: BIPM)

Das höchste Expertengremium in der Welt der Metrologie, das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (Comité international des poids et mesures, CIPM), hat auf seiner gerade zu Ende gegangenen Jahresversammlung in Paris eine eindeutige Empfehlung dazu ausgesprochen: Die internationale Gemeinschaft, die sich in der Meterkonvention zusammengeschlossen hat, möge auf ihrer Generalkonferenz im kommenden Jahr auf den Ruf der Experten hören und den physikalischen Einheiten ein besonders festes Fundament verordnen – ein Fundament, das aus festgelegten Werten ausgewählter Naturkonstanten besteht.

Die Idee, eine Maßeinheit auf der Basis von Naturkonstanten zu definieren, ist prinzipiell nicht neu. Was bei der Definition der Sekunde mittels Atomuhren vor 50 Jahren und bei der Definition des Meters mithilfe der Lichtgeschwindigkeit vor über 30 Jahren begonnen wurde, soll nun für alle Einheiten im Internationalen Einheitensystem (SI) fortgesetzt werden. Vier weitere Naturkonstanten haben es den Metrologen angetan: das Planck’sche Wirkungsquantum, die Avogadrokonstante, die Boltzmannkonstante und die Ladung des Elektrons. In den metrologischen Laboratorien fanden in den letzten Jahren aufwendige Experimente statt, um eben diese Konstanten so gut es irgend geht zu messen. Und die Botschaft aus allen metrologischen Himmelsrichtungen lautet: „Messungen erfolgreich abgeschlossen!“

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Angesichts dieser wissenschaftlichen Erfolgsgeschichten, die unter anderem an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Deutschland und am National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA geschrieben wurden, steht einer grundlegenden Revision des Internationalen Einheitensystems nichts mehr im Wege. Im November 2018 werden daher aller Voraussicht nach die Mitglieder der Meterkonvention auf ihrer Generalkonferenz in Versailles diese fundamentale Änderung im Einheitensystem verabschieden. Alle SI-Einheiten werden sich dann aus insgesamt sieben Konstanten herleiten lassen.

Der Stichtag, an dem diese neuen Definitionen dann formal in Kraft treten sollen, wird der Weltmetrologietag (20. Mai) des Jahres 2019 sein. Im gewöhnlichen Alltag wird sich voraussichtlich nichts ändern. Das Kilogramm wird am 20. Mai so schwer sein wie das Kilogramm am 19. Mai. Anderes gilt im hochtechnologischen Alltag. Dieser wird von den Neudefinitionen, die überaus innovationsfreundlich sind, klar profitieren.

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