MaßeinheitEin Kilo ist nicht mehr ein Kilo

Das Maß aller Gewichte - das Urkilogramm - verliert Gewicht. Physiker rätseln, weshalb der Metallzylinder abnimmt und suchen nach Alternativen für das Standard-Kilo. von AFP

Mehr als ein Jahrhundert galt ein Metall-Zylinder, der unter strengen Sicherheitsvorkehrungen nahe Paris aufbewahrt wird, als internationale Messeinheit für ein Kilogramm. An diesem Urkilo messen Metrologie-Institute in aller Welt bisher ihre nationalen Kilo-Prototypen. Doch nun bereitet der 1889 im Vereinten Königreich hergestellte Zylinder aus 90 Prozent Platin und zehn Prozent Iridium mit einer Höhe und einem Durchmesser von jeweils 3,9 Zentimetern der Fachwelt Kopfzerbrechen: Das Gewicht des Prototyps hat sich entgegen allen Erwartungen verändert.

Gegenüber dem Durchschnittsgewicht von sechs zur gleichen Zeit hergestellten, offiziell anerkannten Kopien habe das Standard-Kilo im Laufe der Jahre um rund 50 Mikrogramm, also 50 Millionstel Gramm, abgenommen, berichtete der Leiter des Internationalen Büros für Maße und Gewichte (BIPM), Alain Picard, kürzlich bei einer Fachkonferenz in der französischen Hauptstadt. Die Abnahme könne von Reaktionen an der Oberfläche des Zylinders herstammen oder von einem Gasverlust des Metalls.

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Im täglichen Leben, etwa beim Kauf eines Kilos Zucker oder Äpfel, ändert dies nichts – die Abweichung entspricht in etwa dem Gewicht eines winzigen Sandkorns mit einem Durchmesser von 0,4 Millimetern. Doch den Physikern gibt das Phänomen Rätsel auf. Für komplizierte Berechnungen in wissenschaftlichen Labors ist eine eindeutig festgelegte, internationale Messeinheit tatsächlich unverzichtbar.

Eine physikalische Konstante soll das materielle Standard-Kilo ersetzen

Die in Paris versammelten Forscher beschlossen daher, sich auf die Suche nach einem neuen Standardmaß für ein Kilogramm zu begeben. Dabei soll künftig auf einen materiellen Prototypen als Bezugseinheit verzichtet werden, wie dies bereits bei anderen Maßeinheiten geschah: Der Meter etwa wird seit den sechziger Jahren an einer Konstante gemessen; und zwar an der Zeit, die das Licht braucht, um 100 Zentimeter zurückzulegen.

Als neue Messeinheit für ein Kilo könnte künftig die Plancksche Konstante gelten, benannt nach Max Planck, einem der Väter der Quantenphysik. Das Plancksche Wirkungsquantum, dargestellt durch ein h, hat die Dimension von Energie mal Zeit – genannt Wirkung. Ein h ist die kleinste Energiemenge, die zwei Teilchen austauschen können. Dieses Wirkungsquantum könnte künftig verwendet werden, um das Gewicht von einem Kilo zu definieren, beschloss die 24. Generalkonferenz zu Gewichten und Messungen Ende Oktober in Paris.

Zuvor sollen allerdings eine Reihe von Messungen vorgenommen werden, damit sichergestellt ist, dass die Plancksche Methode die geforderte Präzision garantiert. Angewandt werden könnte auch das internationale Avogadro-Verfahren. Damit ließe sich ein Kilogramm anhand der Anzahl der Atome eines bestimmten Materials bestimmen. Eine Entscheidung darüber dürfte aber nicht vor 2014 fallen, betonte Picard.

Das Urkilo, genannt "Le Grand K" ("das Große K"), soll auf jeden Fall weiterhin unter dem Schutz von drei Glasglocken im Pavillon de Breteuil in Sèvres aufbewahrt werden, dem Sitz des Internationalen Büros für Maße oder Gewichte. Auch wenn an ihm eines Tages nicht mehr weltweit das Gewicht aller Gegenstände gemessen wird, so bleibt es zumindest ein wertvolles Museumsstück.

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Leserkommentare
    • F.K.
    • 16. November 2011 15:28 Uhr

    "Ein h ist die kleinste Energiemenge, die zwei Teilchen austauschen können."
    Kann das jemand bestätigen, der etwas von der Materie versteht?

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    denn h hat ja die Einheit Energie*Zeit, ist also gar keine Energiemenge.

    Um von h aus zu einer austauschbaren oder transportierbaren Energiemenge zu kommen, muss man das ganze mit einer Frequenz nu (Einheit 1/Sekunde) multiplizieren.
    Die z.B. durch ein Photon transportierte Energiemenge ist dann h*nu, wobei nu die Frequenz des Photons ist.

    Weil Photonen beliebige Frequenzen haben können, kann auch jede beliebige Energiemenge transportiert werden.

  1. Weckt mich bitte wenn wir bei 900 Gramm angekommen sind.

    Nein, mal im Ernst:
    Wie stellt man fest, dass das Ur-Kilo leichter wird und nicht die Referenz-Gewichte schwerer?
    Und wie wiegt man das unter drei Glasglocken liegende Original, die -nehm ich mal an- den Schutz des Vakuums garantieren sollen?

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    Da haben wir es als Beweis, nicht die Menschen werden immer dicker, sondern das Refferenzgewicht immer leichter.
    In Wirklichkeit ist Deutschland ein Land der Normalgewichtigen, die Bäuche nur mit Luft gefüllt, Weightwatcher kann dicht machen ;)

  2. "Im täglichen Leben, etwa beim Kauf eines Kilos Zucker oder Äpfeln, ändert dies nichts"
    Das ist in Wahrheit ganz schön viel ...

  3. schon immer nur auf dem Mt. Everest.

  4. ...die Definition eines Meters kenne ich eindeutig anders.

    >>Der Meter etwa wird seit den sechziger Jahren an einer Konstante gemessen; und zwar an der Zeit, die das Licht braucht, um 100 Zentimeter zurückzulegen.<<

    Das Licht braucht also eine Nichtzigstel Sekunde, um eine Länge zurückzulegen, die in dem Versuchsaufbau gerade erst festgelegt werden soll?
    Das erscheint mir grob unlogisch, ich empfehle der Redaktion Nachhilfe in elementarer Physik ;-)

    In meinem Physikbuch, damals vor 25 Jahren, stand schon etwas anderes. Irgendwas mit der Wellenlänge von 86Krypton, multipliziert mit grob 1,6 Millionen beim Zustandsübergang von 5d5 nach (habe ich vergessen).

    Ich denke, ein einfacher Blick ins Internet würde hier Abhilfe schaffen. Wikipedia möglicherweise ?

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    • F.K.
    • 16. November 2011 16:09 Uhr

    nyberliner (und die Redaktion) haben recht. Die Definition hat sich 1983 von der von Ihnen angegebenen Definition auf eine Definiton auf der Grundlage der Vakuums-Lichtgeschwindigkeit geändert. Der Grund ist, dass man versucht, nach und nach alle physikalichen Basis-Größen auf der Grundlage von physikalischen Konstanten zu definieren.

    "ich empfehle der Redaktion Nachhilfe in elementarer Physik ;-)"
    Ein klassisches Beispiel für den Dunning-Kruger Effekt.

  5. Ein Meter ist jene Strecke, die das Licht im Vakuum in 1 / 299.792.458 Sekunden zurücklegt.

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    • max13
    • 17. November 2011 6:26 Uhr

    ...was ist eine "Sekunde"?

    :)

  6. 7. Messen

    Ich glaube nicht, dass das Urkilo in einem Vakuum ist. Es wird eher in einem Reinraum gewogen und dann wieder unter den Schutz der Glocken gepackt worden sein.

    Und das Gewicht wird ja ins Verhältnis zum Durchschnitt der Urkilokopien gesetzt. Und da es leichter ist, muss es entweder abgenommen haben, oder die anderen zugenommen haben. Und da ist es halt wahrscheinlicher dass eins abnimmt als dass sechs insgesamt zunehmen.

  7. ist natürlich nicht so unsinnig wie im Artikel geschrieben (ernsthaft? Der Meter wird definiert über die Zeit die das Licht für 100 Hunderstelmeter braucht?)

    Er ist definiert über die Zeit und die Lichtgeschwindigkeit, soviel ist korrekt.

    Die Sekunde wird über eine festgelegte Anzahl von Schwingungen eines Caesium-Atoms definiert und die Lichtgeschwindigkeit ist eine Naturkonstante. Also kann man den Meter einfach definieren als die Strecke, die das Licht in einer bestimmten Zeit zurücklegt.

    Diese Definition ist universel gültig und soetwas wird nun (endlich) auch für das Kilo versucht.

    Nachzulesen in jedem guten Physikbuch oder sogar bei Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Meter

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    Manchmal taucht die Wikipedia doch zu was:

    "Um dem Abhilfe zu schaffen, wurde 1960 festgelegt: Ein Meter ist das 1.650.763,73-fache der Wellenlänge der von Atomen des Nuklids 86Kr beim Übergang vom Zustand 5d5 zum Zustand 2p10 ausgesandten, sich im Vakuum ausbreitenden Strahlung."

    Das war die Defintion, die ich kannte.

    "Nachdem die Definition der Sekunde (SI-Einheit der Zeit) als atomares Zeitnormal gelang und da die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c0) eine Naturkonstante ist, ging man auf der 17. Generalkonferenz für Maße und Gewichte (kurz CGPM) am 20. Oktober 1983[3] einen neuen Weg. Man legte die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auf 299.792.458 m/s fest und definierte demzufolge ein Meter als „die Strecke, die das Licht im Vakuum in einer Zeit von 1 / 299.792.458 Sekunde zurücklegt“.

    Das ist scheinbar die heute gängige Variante.

    Jetzt wissen wir's genau :D

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  • Quelle ZEIT ONLINE, AFP
  • Schlagworte AFP | Quantenphysik | Paris | Braunschweig
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