Wieso gibts ein neues Kilo?

20 Minuten
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On 2018 M11 9
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Was soll neu werden?

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Das Kilogramm

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Wie alt ist es denn?

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Kommt darauf an.

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Wieso?

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Nun, das Kilogramm als Einheit wurde Ende des 18. Jahrhunderts aus der Taufe gehoben, also vor über 200 Jahren. Doch das Urkilogramm ist erst 129 Jahre alt.

Participant say

Was ist denn das Urkilogramm?

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Ein Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung, der in einem Tresor des Internationalen Büros für Mass und Gewicht in Sèvres bei Paris liegt. Er ist 39 Millimeter hoch mit einem Durchmesser von ebenfalls 39 Millimetern. Und ein Kilogramm ist genau gleich schwer wie dieses Stück Metall.

Participant say

Und was soll daran nicht in Ordnung sein?

Participant say

Der Umstand, dass allein dieses Stück Metall bestimmt, wie schwer ein Kilo ist. Und zwar egal, wie viel der Metallzylinder selber wiegt.

Participant say

Ich dachte, es sei ganz genau ein Kilo schwer.

Participant say

Nein es ist eben genau umgekehrt. Ein Kilo ist so schwer wie dieser Metallzylinder. Und dieser ist in den letzten hundert Jahren etwa 50 Mikrogramm, also 50 Milliardstel Kilogramm leichter geworden.

Participant say

Und woher will man das wissen?

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Die Metrologen wissen das, weil ...

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Moment! Was haben die Wetterfrösche damit zu tun?

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Nicht Meteorologen, sondern Metrologen. Also die Wissenschaftler, die sich mit dem Messen beschäftigen.

Participant say

Ah, okay.

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Also die Metrologen wissen das, weil sie etwa alle 50 Jahre das Urkilo mit den Kopien vergleichen, die es in allen Ländern gibt, die die Meterkonvention unterzeichnet haben. Und es zeigte sich, dass diese Kopien im Schnitt 50 Mikrogramm schwerer sind.

Participant say

Wieso?

Participant say

Das weiss niemand wirklich. Vielleicht ist das Urkilogramm leichter geworden oder die Kopien schwerer.

Participant say

Haben wir in der Schweiz auch eine solche Kopie?

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Ja, und zwar schon seit 1889. Sie befindet sich im Eidgenössischen Institut für Metrologie (Metas) in Wabern bei Bern.

Participant say

Hier rechts, das ist es.

Participant say

Gibt es auch für die anderen Einheiten solche Prototypen?

Participant say

Das war einmal. Heute ist von den sieben Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems SI nur noch das Kilo durch ein sogenanntes Artefakt definiert.

Participant say

Und die anderen?

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Alle anderen (Meter, Sekunde, Kelvin, Ampere, Candela, Mol) werden über unveränderliche Naturkonstanten festgelegt. So ist etwa ein Meter die Strecke, die Licht im Vakuum während einer 299'792'458stel-Sekunde zurücklegt. Und zwar egal wo im Universum.

Participant say

Wie wird denn nun das Kilo neu definiert?

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Das Kilo wird künftig aus drei Naturkonstanten berechnet: Planck-Konstante, Lichtgeschwindigkeit und Hyperfeinstrukturübergang eines Cäsium-Atoms.

Participant say

Hä?

Participant say

Also: Um das Kilo zu definieren, braucht man künftig die Längeneinheit Meter, die wie oben beschrieben anhand der Naturkonstante Lichtgeschwindigkeit definiert wird. Dann braucht man die Zeiteinheit Sekunde, die laut Definition der Zeitspanne entspricht, in der ein Cäsium-Atom 9'192'631'770 Mal seinen Energiezustand wechselt. Und schliesslich die 1899 entdeckte Plancksche Konstante, die den Zusammenhang zwischen der Energie und der Frequenz eines Lichtteilchens beschreibt.

Participant say

Okaaayyy... Und wie entsteht daraus ein Kilo?

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Zum Beispiel mithilfe einer Watt-Waage, wie sie auch vom Metas entwickelt wurde.

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Watt was?

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Bei einer Watt-Waage wird, stark vereinfacht gesagt, in mehreren Schritten die elektrische Leistung (Watt) gemessen, die es braucht, um ein Kilogramm anzuheben. Diese wird mit der Planckschen Konstanten ins Verhältnis gesetzt, der man so einen festen Wert zuordnet. Und von diesem Wert lässt sich dann das Kilo ableiten, ohne dass man dafür in Paris den Tresor öffnen muss.

Participant say

Tönt alles unglaublich kompliziert.

Participant say

Das ist es auch. Darum ringen die Forscher auch seit Ende der 1980er-Jahre um die Neudefinition des Kilos. Und sind erst jetzt überhaupt in der Lage, das Urkilogramm durch eine Naturkonstante abzulösen.

Participant say

Und ab wann gilt dieses neue Kilo?

Participant say

Wenn die neue Definition wie erwartet am 16. November von der Generalkonferenz für Mass und Gewicht angenommen wird, gilt sie ab dem 20. Mai 2019, dem Internationalen Tag des Messens.

Participant say

Gilt das dann auch für die Amerikaner?

Participant say

Ja, natürlich. Wie das Urkilo bisher auch.

Participant say

Aber die haben doch ihre Pfund und Unzen?

Participant say

Korrekt, und das wird auch weiterhin so sein. Nur gibt es nirgendwo auf der Welt ein Urpfund. Auch die US-Einheiten orientieren sich am Urkilo respektive an den beiden Kopien, die sich im Nationalen Institut für Standards und Technologie in Gaithersburg im Bundesstaat Maryland befinden.

Participant say

Und was ändert sich jetzt für mich persönlich?

Participant say

Die kurze Antwort lautet: Nichts.

Participant say

Und die lange Antwort?

Participant say

Auch nichts. Ausser dass du künftig keine Angst mehr haben musst, dass die Welt ins Chaos stürzt, falls jemand das Urkilo klaut.

Participant say

Diese Angst hatte ich nie!

Participant say

Dann ist ja gut.