Zeit, das Kilogramm neu zu definieren, argumentieren Wissenschaftler

Seit 115 Jahren ist der "Goldstandard" der Masse ein Kilogramm (2,2 Pfund) Platin-Iridium-Legierung, speziell außerhalb von Paris untergebracht. Jetzt argumentiert eine Gruppe von Wissenschaftlern, dass das Artefakt archaisch ist und die Zeit gekommen ist, diese grundlegendste Messeinheit neu zu definieren.

"Wenn Sie ein Kilogramm Mehl aus Frankreich kaufen, wissen Sie, dass es dasselbe ist wie hier", sagte Peter Mohr vom National Institute of Standards and Technology in den Vereinigten Staaten.

Denn alle hochpräzisen Waagen rund um den Globus sind auf den pflaumengroßen Metallzylinder "The Kilogram" - im Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) - zurückzuführen. Andere Länder bringen ihre Standards zum Vergleich mit nach Paris - etwas, was die USA seit der Einführung des internationalen Standards im Jahr 1889 dreimal getan haben.

Gehe natürlich

Aber in einem kürzlich erschienenen Artikel in der Zeitschrift MetrologiaMohr und seine Koautoren sagen, dass diese Reisen unnötig gemacht werden können, indem die Masse als ein natürliches Phänomen definiert wird.

Wusstest du schon?

Bevor es durch eine Metallstange genormt wurde, wurde das Messgerät 1791 als ein Zehnmillionstel der Entfernung vom Nordpol zum Äquator entlang des Meridians durch Paris definiert.

Der Meter, der auch einmal auf einer Platin-Iridium-Stange am BIPM stationiert war, wurde seitdem der Entfernung gleichgesetzt, die Licht in einer Sekunde zurücklegt.

Das Kilogramm ist die einzige Grundeinheit des internationalen Messsystems, die noch durch ein physikalisches Artefakt definiert ist.

Mohr und Kollegen bieten zwei Vorschläge für einen neuen Kilogrammstandard. Eine besteht darin, eine Wattwaage zu verwenden, in der eine magnetische Kraft ein Objekt schwebt. Die andere beinhaltet das Zählen der Anzahl von Atomen in einem Siliziumkristall mittels Röntgenbildgebung.

Jedes Land kann einen dieser Standards für sich selbst festlegen. Und sie ändern sich nicht mit der Zeit, genauso wenig wie physische Artefakte. Es ist bekannt, dass Metalle - sogar hochstabile wie Platin-Iridium - durch chemische Reaktionen mit der Luft an Gewicht zunehmen.

"Zwei Standards werden voneinander abweichen", sagte Mohr LiveScience in einem Telefoninterview. "Veränderungen von 50 Teilen pro Milliarde wurden über einhundert Jahre hinweg gesehen."

Das mag nicht viel klingen, aber die Ungewissheit in der Masse wirkt sich auf andere Messungen aus - vor allem mikroskopische. Durch die Einführung neuer Standards könnten einige elektrische Messungen um das 50-fache oder mehr präzisiert werden.

"Diese Verbesserungen sprechen für die Neudefinition", sagte Mohr.

Schwere Folgen

Auf der anderen Seite, Gewinne auf der mikroskopischen Ebene haben den Preis von weniger Präzision beim Wiegen von großen Sachen. Die neue Technologie kann noch nicht mit der alten Methode des Vergleichens zweier Gewichte auf einer Waage übereinstimmen.

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Aus diesem Grund wird der BIPM-Zylinder wahrscheinlich für eine Weile haften bleiben. Die meisten Wissenschaftler sind sich jedoch einig, dass es irgendwann ersetzt werden wird.

"Ein Meteor könnte Paris treffen - den Prototyp zerstören", betonte Mohr. "Die Watt Balance kann immer neu erstellt werden."

Die grundlegenden Einheiten

Menge

Einheit

Definiert von

Länge

Meter

Entfernungslicht bewegt sich im Vakuum

Masse

Kilogramm

Prototyp bei BIPM

Zeit

zweite

Oszillationen des Cäsiumatoms

Elektrischer Strom

Ampere

Anziehung zwischen zwei Drähten

Temperatur

Kelvin

Punkt, wo Eis, Wasser, Dampf koexistieren

Nummer

Maulwurf

Atome in 12 Gramm Kohlenstoff

Leuchtstärke

Candela

Licht aus einer Frequenzquelle

LiveScience

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