physikDas Maß aller Massen

Das Pariser Urkilogramm hat ausgedient und soll ersetzt werden. Deutsche wetteifern mit britischen und amerikanischen Forschern um den neuen Kilo-Maßstab von 

So sieht ein glücklicher Vater aus. Arnold Nicolaus streichelt eine Metallbox auf dem Labortisch. "Nirgendwo in Deutschland ist die Temperatur so konstant wie in dieser Kiste", schwärmt der Physiker, "20 Grad Celsius, auf ein tausendstel Grad genau." Er streift sich zwei Paar Handschuhe über, erst Latex, dann Baumwolle, und lüftet behutsam den Deckel. Da schlummert es, das 1-Kilo-Baby: eine schwarze Kristallkugel aus Silizium, die Oberfläche glatt poliert und geheimnisvoll glänzend. "So könnte es aussehen", flüstert Nicolaus und hebt das runde Ding aus dem Brutkasten. Bequem passt es in seine Hand. Nicolaus und ein Dutzend Forscher der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) wollen der Menschheit ein neues Urkilogramm schenken – die höchste Instanz in Sachen "Masse". Zuletzt hat das die Französische Revolution vermocht.

Nicht nur in Braunschweig, in aller Welt rüsten sich Forscher für die Erbfolge des Urkilogramms. Noch liegt der alte Würfel aus Platin und Iridium wohlbehütet in einem Tresor des Bureau International des Poids et Mesures in Paris, einer Art UN der Maßeinheiten. Drei Wächter teilen sich die Schlüssel. Einmal im Jahr schauen sie gemeinsam nach, ob das wertvolle Stück noch da ist. Doch im Streit um den Nachfolger hat längst ein technisches Wettrüsten begonnen. Deutschland, Italien, Japan und Australien wollen die Silizium-Kugeln auf den Thron heben. Amerika, England, Frankreich und die Schweiz propagieren dagegen ein bizarr anmutendes "elektrisches Kilogramm". Nur in einem sind sich alle einig: Das alte muss endlich weg.

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Wurde das Urkilo zu viel geputzt?

Die Experten stehen vor einem Dilemma: Das Maß aller Massen verliert an Gewicht, niemand weiß, warum. 1879 wurde das Urkilogramm vom Londoner Goldschmied Johnson Matthey gegossen, poliert und nach Paris gebracht. Dreißig Duplikate verloste man unter den anderen Staaten, Nummer 22 ging ans Deutsche Reich, Nummer 15 an Bayern. Zweimal im vergangenen Jahrhundert, 1950 und 1990, reisten die Maßhüter aus aller Welt mit gut bewachten und ausgepolsterten Köfferchen nach Paris, holten ihre Kopien heraus und begannen zu wiegen. Am Ende stand fest: Das Urkilo war im Vergleich zu den meisten anderen Massen etwas leichter geworden. Liegt es an flüchtigen Wasserstoff-Atomen, die aus dem Metall entweichen? Wurden die Duplikate womöglich anders hergestellt als das Original? Haben die Pariser beim Putzen zu doll gerubbelt? Oder haben die Duplikate zu viele Atome aus der Luft angelagert? Nichts Genaues weiß man nicht.

Der mysteriöse Verlust betrug in den vergangenen 100 Jahren zwar nur 50 Mikrogramm (millionstel Gramm) – weniger als die Masse eines Salzkorns. Doch das genügt, um die Präzisionswächter zu beunruhigen. Schließlich verdankt jede Waage, ob im Badezimmer, beim Juwelier oder in der Apotheke, ihre Anzeige indirekt dem Urkilo. Wer heute eine Tonne Weizen kauft, bekommt 50 Milligramm weniger als vor 100 Jahren. Das klingt undramatisch, aber es läppert sich: Jedes Jahr werden Waren im Wert von mehreren Billionen Euro abgewogen und verkauft. Eine Ungenauigkeit von 50 Mikrogramm pro Kilo entspricht da mehr als hunderttausend Euro – haben oder nicht haben!

"Im Moment brennt nichts an", beruhigt PTB-Chef Ernst Göbel, "die Leute brauchen keine Angst zu haben, beim Einkaufen betrogen zu werden." Aber die Ansprüche von Industrie und Wissenschaft steigen. Heute erreichen Ultramikrowaagen in der Chemieindustrie Genauigkeiten von einem millionstel Gramm. Ein Auseinanderdriften der Massennormale könnte dazu führen, dass eine Präzisionswaage in Amerika anders misst als in Deutschland. Sollte der Pariser Platinklotz gar herunterfallen und eine Schramme bekommen wie die deutsche Kopie im Zweiten Weltkrieg, wäre das der Waagen-GAU. Und da ist noch etwas: Den Präzisionsphysikern scheint es einfach peinlich zu sein, dass die Masse heute noch auf einen Goldwürfel aus dem 19. Jahrhundert zurückgeführt wird. Daher plädiert Göbel für eine Neudefinition des Kilogramms mithilfe der modernen Physik – und das will einiges heißen.

Schließlich gehört das Kilogramm zusammen mit dem Meter zu den ersten Basis-Einheiten des Internationalen Einheitensystems. Nach dem Sturz der Monarchie wollten die französischen Revolutionäre Schluss machen mit dem Chaos aus Unzen und Pfund, Ellen und Fuß. Das Kilogramm wurde zunächst als Masse von einem Liter Wasser definiert. Bis sich andere Staaten Frankreich anschlossen, vergingen noch Jahre. In Frankfurt am Main waren damals noch 14 verschiedene Gewichtseinheiten in Gebrauch. Im Jahr 1875 trafen sich die Delegierten aus 17 Staaten zur feierlichen Unterzeichnung der "Meter-Konvention" – das metrische System war geboren. Aus praktischen Gründen fertigte man ein Urmeter und ein Urkilogramm aus Platin an. Sie galten fortan als Mütter aller Längen- und Gewichtsmaße, die Mitgliedsstaaten der Meter-Konvention bekamen Kopien. In England und Amerika sind zwar noch Foot, Pound und Gallon im Alltag gebräuchlich, aber in der Wissenschaft und im internationalen Handel hat sich das metrische System weitgehend durchgesetzt.

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