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Atomsekunde wird 50 Jahre alt
So lange dauert eine Sekunde

Atomsekunde wird 50 Jahre alt: So lange dauert eine Sekunde
Andreas Bauch, Leiter der Arbeitsgruppe Zeitübertragung, steht im Zeitlabor der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig neben einer Atomuhr. FOTO: dpa, jst cul hoh lof
Düsseldorf/Braunschweig . Wie lange dauert eigentlich eine Sekunde? Die Frage klingt trivial, beschäftigt Forscher aber seit Jahrhunderten. Die aktuelle Definition feiert am 13. Oktober 2017 ihren 50. Geburtstag: die Atomsekunde.

Die Atomsekunde ist im Vergleich zu den sechs anderen sogenannten Basiseinheiten (Meter, Kilogramm, Ampere, Kelvin, Mol (Stoffmenge) und Candela (Lichtstärke)) an genauesten definiert: auf 16 Stellen hinter dem Komma.

Bis in die 1950er galt, was der Mathematiker Carl Friedrich Gauß etwa 120 Jahre zuvor vorgeschlagen hatte: Die Sekunde sei der 86.400. Teil eines mittleren Tages, also der Drehung der Erde um sich selbst. Was danach folgte, bezeichnen Experten von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig als eine "revolutionäre Entwicklung".

Die Atomsekunde gibt es seit 1955, als die erste Cäsium-Atomuhr zu arbeiten begann. "In ihrem Inneren ermöglichen die Schwingungen von Cäsium-Atomen - 9.192.631.770 Mal in der Sekunde - die genaue Zeitmessung: für Laien unvorstellbar genau", erklärt Andreas Bauch, Leiter der Arbeitsgruppe Zeitübertragung bei der PTB.

Zeitmesser: Die optische Uhr soll die Atomuhr ablösen FOTO: dpa, jst jol

9.192.631.770 Schwingungen eines Atoms

Auf der 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht wurde dann am 13. Oktober 1967 von Wissenschaftlern und Politikern beschlossen: Eine Sekunde dauert genauso lang wie 9.192.631.770 Schwingungen eines Atoms des Nuklids 133-Cäsium. Bis heute gilt diese Definition.

Für Johannes Graf vom Deutschen Uhrenmuseum ist diese Entscheidung aus dem Jahr 1967 durchaus vergleichbar mit den Umwälzungen der Relativitäts- und Quantentheorie für die Physik. "Die Menschen lasen die Zeit fortan nicht mehr vom Himmel ab, sondern stellten sie mit Atomuhren her. Seitdem haftet der Sekunde nichts Göttliches mehr an. Sie ist nur noch ein von Menschen gemachtes Produkt", sagt Graf.

Die PTB, die das nationale Metrologieinstitut ist, verfügt seit 1969 über die erste selbstgebaute Cäsium-Atomuhr. Drei weitere sollten folgen und dafür sorgen, dass sich die PTB selbst zu den führenden "Zeit-Machern" zählen darf. Ihre Uhren haben nach eigenen Angaben einen großen Anteil an der Erzeugung der weltweiten Zeit.

Schaltsekunden gegen die kosmische Ungenauigkeit

Wegen der ungleichmäßigen Erdumdrehung passen Atomzeit und mittlerer Tag - wie Gauß vorschlug - nicht perfekt zusammen: Schon bis 1972 war eine Differenz von zehn Sekunden aufgelaufen und man erfand die "koordinierte Weltzeit", die mit Schaltsekunden an die astronomische Zeit angepasst wird.

Was man wissen kann, aber nicht muss FOTO: rpo/cs

Mit solchen Schaltsekunden wird kompensiert, dass die Erde für eine Umdrehung ein kleines bisschen länger braucht als 24 Stunden Atomuhrzeit. Seit 1972 gab es 27 Schaltsekunden, zuletzt Ende Dezember 2016.

Die Definition der Atomsekunde vor 50 Jahren war Vorreiter einer Entwicklung, die auch andere Basiseinheiten erfasste. Die Messexperten der PTB gehen davon aus, dass die Generalkonferenz im Herbst 2018 beschließen wird, dass das gesamte Einheitensystem wie bei der Atomsekunde auf Naturkonstanten - also unveränderlichen Eigenschaften der Natur - beruhen soll.

Bislang ist die Referenzgröße beim Gewicht beispielsweise noch das Ur-Kilogramm, ein Metallstück, das streng gesichert in Paris steht.

(csr/dpa)
 
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