Wie viel ist ein Kilogramm? Hier kommt ein neuer Weg, es zu messen

Bisher wurde in Frankreich die Masse eines Metallzylinders weggesperrt. Nun wird es auf der Grundlage einer physikalischen Konstante neu definiert.

Eine Nachbildung von Le Grand K bei BIPM in Frankreich. Das zylindrische Metallstück, seit 1889 der Maßstab für das Kilogramm, wird diesen Status verlieren. (Reuters-Foto)

Wie viel ist ein Kilogramm? Im Laufe der Jahrhunderte wurde es definiert und neu definiert, wobei seit 1889 ein Standard in Kraft ist. Ein Zylinder aus Platin-Iridium namens Le Grand K ist in einem Gefäß des Internationalen Büros für Maß und Gewicht (BIPM) in Sèvres eingeschlossen. in der Nähe von Paris. Die Masse dieses Zylinders ist seit fast 130 Jahren der internationale Standard für das Kilogramm.

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Nicht länger. Am Freitag stimmten Vertreter von 60 Ländern in Versailles, Frankreich, für die Neudefinition des SI oder des Internationalen Einheitensystems. Das Kilogramm, die SI-Einheit für Masse, ist eine von vier fundamentalen Einheiten, die neu definiert werden, neben Ampere (Strom), Kelvin (Temperatur) und Mol (Stoffmenge). Die Definition des Kilogramms basiert nun auf einem physikalischen Konzept namens Planck-Konstante. Die Änderungen treten am 20. Mai 2019 in Kraft. Warum die grundlegenden Einheiten neu definieren? Denn Wissenschaftler wollen ein Messsystem schaffen, das ganz auf unveränderlichen fundamentalen Eigenschaften der Natur basiert. Le Grand K, das internationale Prototyp-Kilogramm, ist das letzte physikalische Objekt, das zur Definition einer SI-Einheit verwendet wird. Es ist alles andere als unveränderlich – es wird staubig und wird von der Atmosphäre beeinflusst, und wenn es gereinigt wird, ist es anfällig für Veränderungen, egal wie klein diese Veränderungen sind.

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Die Planck-Konstante hingegen ist genau das, eine Konstante, wenn auch eine komplexe – sie ist eine Größe, die die Energie eines Lichtteilchens mit seiner Frequenz in Beziehung setzt. Es wird in einer Einheit beschrieben, in die das Kilogramm eingebaut ist. Es gibt sieben grundlegende Einheiten. Jede andere Maßeinheit lässt sich aus einer oder mehreren dieser sieben Einheiten ableiten: Die Einheit für Geschwindigkeit zum Beispiel berücksichtigt die Einheiten für Distanz und Zeit. Während vier der Grundeinheiten, darunter das Kilogramm, neu definiert werden, basieren die anderen drei bereits auf unveränderlichen Eigenschaften der Natur. Dies sind die Sekunde (Zeit), das Meter (Entfernung) und die Candela (Lichtstärke, ein Maß für die Helligkeit des Lichts).

Messnormen

Die Menschheit hat vor Jahrtausenden die Wissenschaft der Messung angenommen, wobei verschiedene Zivilisationen ihre eigenen Einheiten abgeleitet haben. Die indische Zeitmessung zum Beispiel gilt als die älteste der Welt. Erst 1875, mit der Gründung von BIPM, begann die internationale Standardisierung der Messung. Ein Vertrag namens Meter Convention wurde von 60 Ländern unterzeichnet, der zu internationalen Standards führte. Das BIPM berichtet an die Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM), an die

Indien wurde 1957 Unterzeichner. Das SI-System wurde 1960 eingeführt. Die ursprünglichen Definitionen für die einfachsten Einheiten waren unkompliziert. Bis 1875 wurde der Meter als 1/10 Million der Entfernung zwischen dem Nordpol und dem Äquator definiert. Die Meterkonvention hat ein Standardartefakt angenommen (später verworfen) - einen Platinbarren, der in Paris aufbewahrt wird, den

internationales Prototypenmeter. Aus dem Meter ergibt sich der Zentimeter, aus dem Zentimeter wiederum der Liter. Vor Le Grand K wurde das Kilogramm als die Masse von einem Liter Wasser beim Gefrierpunkt definiert.

Die zweite basierte zunächst auf der Länge eines Tages von 24 Stunden; 1956 wurde der Standard auf einen Bruchteil des Sonnenjahres festgelegt.

Erst Mitte des 20. Jahrhunderts wurden komplexere Definitionen übernommen.

Die neuen Definitionen

Seit 1967 wird die zweite als die Zeit definiert, die vergeht, bis eine bestimmte Energiemenge als Strahlung von Cäsium-133-Atomen freigesetzt wird. Dies wurde die Grundlage aller Zeitmaße und wird in Atomuhren verwendet.

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Sobald die Sekunde definiert war, fiel der Zähler in Position. Dies basierte auf einer anderen universellen Konstante: der Lichtgeschwindigkeit. Heute ist der Meter definiert als die Strecke, die Licht im Vakuum in 1/299.792.458 Sekunden zurücklegt (was bereits definiert ist). Als nächstes kommt das Kilogramm. Die ihr zugrunde liegende Planck-Konstante wird normalerweise in Joule-Sekunden gemessen, man kann dies aber auch in Kilogramm Quadratmeter pro Sekunde ausdrücken, erklärt der Physiker Kevin Pimbblet in einem Artikel in The Conversation. Aus den anderen Definitionen wissen wir, was eine Sekunde und ein Meter ist. Durch Hinzufügen dieser Messungen und einer genauen Kenntnis der Planck-Konstanten können wir also eine neue, sehr genaue Definition des Kilogramms erhalten, schreibt Pimbblet.

Hilft all diese Neudefinition der Wissenschaft wirklich? Tatsächlich hat die neue Definition der Sekunde dazu beigetragen, die Kommunikation auf der ganzen Welt über Technologien wie GPS und das Internet zu erleichtern. Auf die gleiche Weise, so ein Reuters-Bericht, … sagen Experten, dass die Veränderung des Kilogramms für Technologie, Einzelhandel und Gesundheit besser sein wird – obwohl sie den Fischpreis wahrscheinlich nicht wesentlich ändern wird.

(Dieser Bericht, der ursprünglich am Freitag hochgeladen wurde, wurde nach der Abstimmung aktualisiert.)

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