Das 1879 geschmiedete und von der Generalkonferenz für Maße und Gewichte auf ihrer ersten Sitzung gebilligte Le Grand K, der internationale Prototyp des Kilogramms, wird in einem Tresor außerhalb von Paris unter Verschluss gehalten. BIPM hide caption
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Das 1879 geschmiedete und von der Generalkonferenz für Maße und Gewichte auf ihrer ersten Sitzung sanktionierte Le Grand K, der internationale Prototyp des Kilogramms, wird in einem Tresor außerhalb von Paris unter Verschluss gehalten.
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Aktualisiert um 8:40 a.m. ET, Freitag
Die Abstimmung zur Neudefinition des Kilogramms war erwartungsgemäß einstimmig. Vertreter aus mehr als 50 Ländern sagten „ja“ oder „oui“ bei dem historischen Treffen in Versailles, Frankreich.
Bill Phillips, Nobelpreisträger vom National Institute of Standards and Technology in Maryland, sagte den versammelten Delegierten, dass die offizielle Definition des Kilogramms auf einem Metallklumpen basiert, der in einem Tresor aufbewahrt wird, „eine Situation, die eindeutig unerträglich ist.“
Er sagte, im 21. Jahrhundert sei es „skandalös“, die internationale Masseneinheit weiterhin anhand eines Objekts aus dem 19. Jahrhundert zu definieren.
Ursprünglicher Beitrag:
Die Welt ist im Begriff, sich von Le Grand K zu verabschieden, einem Zylinder aus Platin und Iridium, der lange Zeit das weltweite System der Gewichtsmessung beherrscht hat.
Das U.S. National Institute of Standards and Technology in Maryland hat seine eigene Kopie von Le Grand K – ein Platin-Iridium-Kilogramm, bekannt als K92. Im Hintergrund sind Kilogramm-Massen aus rostfreiem Stahl zu sehen. J.L. Lee/NIST hide caption
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J.L. Lee/NIST
Das U.S. National Institute of Standards and Technology in Maryland hat seine eigene Kopie des Le Grand K – ein Platin-Iridium-Kilogramm, bekannt als K92. Im Hintergrund sind Kilogramm-Massen aus Edelstahl zu sehen.
J.L. Lee/NIST
Das Le Grand K wurde 1879 gefälscht und wird in einem verschlossenen Tresor außerhalb von Paris aufbewahrt – verehrt und unter Verschluss gehalten, weil seine Masse, etwas mehr als 2 Pfund, die offizielle Definition des Kilogramms ist.
Das wird sich jedoch bald ändern. Am Freitag trifft sich die internationale Generalkonferenz für Maße und Gewichte in Versailles, Frankreich, um darüber abzustimmen, ob das Kilogramm neu definiert werden soll.
Es wird erwartet, dass die Abstimmung einstimmig ausfällt – eine reine Formalität nach jahrelanger Arbeit. In Zukunft wird das weltweite System zur Messung der Masse nicht mehr auf einem speziellen Metallstück basieren, sondern auf unveränderlichen Eigenschaften des Universums – wie der Lichtgeschwindigkeit, der Zeit und der Planckschen Konstante, einer Zahl, die Wissenschaftlern hilft, die Energie eines Lichtphotons in Abhängigkeit von seiner Wellenlänge zu bestimmen. (Der ungefähre numerische Wert der Planckschen Konstante beträgt 6,626 x 10-34 Joule-Sekunden.)
„Es ist fantastisch! Es ist großartig! Hier wird Geschichte geschrieben“, schwärmt Zeina Kubarych vom National Institute of Standards and Technology in Maryland, das sich auf die Wissenschaft des Messens spezialisiert hat.
„Wir ändern ein System zur Bestimmung von Massen, das wir seit 129 Jahren haben“, sagt sie. „
Kubarych arbeitet in einem sicheren, klimatisierten Labor des NIST, in dem sich zwei gedrungene Metallzylinder befinden, von denen jeder unter einer – nicht einer, sondern zwei – altmodischen Glasglocke steht. Die Vereinigten Staaten erhielten diese offiziellen Duplikate des Le Grand K nach der Unterzeichnung des Metervertrags im Jahr 1875.
„Das sind unsere nationalen Standard-Kilogramme“, erklärt Kubarych. „
Diese antiken Artefakte sind sehr wichtig für alle, die Vergleiche anstellen müssen, um sicherzustellen, dass ihre genauen Messungen nicht aus dem Ruder laufen. Dazu gehören staatliche Messlabors, die zum Beispiel die in Geschäften und Pharmaunternehmen verwendeten Waagen prüfen und zertifizieren, sowie die Waagen, die von Flugzeugherstellern und Herstellern wissenschaftlicher Instrumente verwendet werden.
„Das umfasst so ziemlich alle Bereiche der amerikanischen Industrie“, sagt Kubarych.
Die offiziellen Kilogramme der Nation sind so wertvoll, dass „wir sie nicht anfassen“, sagt Kubarych.
„Wir versuchen nicht einmal, sie mit behandschuhten Händen zu berühren.“
Stattdessen werden die Metallartefakte vorsichtig mit einem in Filterpapier eingewickelten Spezialwerkzeug aufgenommen – um zu vermeiden, dass winzige Kratzer oder Fingerabdrücke zurückbleiben, die das Gewicht verfälschen könnten.
Und das ist das große Problem, wenn ein Messsystem auf dem Vergleich von Metallstücken beruht. Wenn das Le Grand K schwerer oder leichter wird – oder Atome von etwas aus der Luft aufnimmt – ändert sich die Definition des Kilogramms buchstäblich.
Wissenschaftler glauben, dass so etwas passiert ist, denn das Le Grand K scheint jetzt etwas weniger zu wiegen als seine offiziellen Exemplare.
Vielleicht macht eine winzige Schwankung dem Durchschnittsmenschen nichts aus, der beispielsweise im Supermarkt Kaffee nach Gewicht kauft. Aber Wissenschaftler verzweifeln an der Vorstellung, die Realität mit Hilfe von Messungen zu verstehen, die sich ständig ändern.
Die Neudefinition des Kilogramms bedeutet, dass die Wissenschaftler „etwas zu Ende bringen, was wahrscheinlich vor der Französischen Revolution begonnen wurde“, bemerkt Stephan Schlamminger vom NIST.
Zurück in diese revolutionären Zeiten hassten die Denker der Aufklärung das Sammelsurium von Messsystemen in der Welt, von denen jedes auf irgendeinem zufälligen Objekt basierte, wie z. B. der Länge des Fußes eines lokalen Herzogs. Ihre radikale Vision war es, etwas Rationales und Universelles zu schaffen, sagt Schlamminger und merkt an, dass das metrische System „für alle Zeiten und für alle Menschen“ gelten sollte.
Diese Begründer des metrischen Systems stützten sich auf den Globus selbst, wobei der Meter als ein Zehnmillionstel der Entfernung vom Nordpol zum Äquator beschrieben wurde.
Aber lange Zeit war das Meter in Frankreich buchstäblich eine Metallstange.
Als die Physik Fortschritte machte, so Schlamminger, konnten die Wissenschaftler die Metallstange loswerden und das Meter als die Entfernung definieren, die Licht in etwa einer 300-Millionstel-Sekunde durch ein Vakuum zurücklegen kann.
„Und das“, sagt Schlamminger, „ist die Idee, von einem Artefakt zu einer fundamentalen Konstante zu werden.“
Nachdem die Forscher jahrelang an der Entwicklung einer neuartigen Waage, der Kibble-Waage, gearbeitet haben, ist nun endlich das Kilogramm an der Reihe.
Um festzustellen, ob ein Stück Metall wirklich ein Kilogramm wiegt, muss es in Zukunft nicht mehr nach Frankreich geflogen und mit dem Le Grand K verglichen werden, sondern kann mit Hilfe der Planckschen Konstante in dieser Art von Instrument bewertet werden.
Schlamminger und zwei seiner Kollegen haben sich so sehr der Neudefinition des Kilogramms verschrieben, dass sie sich kürzlich die Zahlen der Planckschen Konstante tätowieren ließen.
Jon Pratt vom NIST, einer der tätowierten Forscher, sagt, dass die genaue Messung der Planckschen Konstante schwierig war, ebenso wie die Überzeugung der Welt, zu einem neuen Kilogramm auf der Grundlage dieser Konstante zu wechseln.
„Es gab viele Ausschüsse und Handgreiflichkeiten und ein Hin und Her in dieser Sache“, sagt Pratt. „Wir wussten also, was auf uns zukommt. Wir wussten, dass es schmerzhaft werden würde. Und wir haben uns alle darauf geeinigt, dass wir die Zahl einfärben, wenn wir es geschafft haben.“
Wenn die Abstimmung wie erwartet verläuft, wird die neue Definition des Kilogramms im Mai in Kraft treten.
In der Zwischenzeit wird Le Grand K in seinem einsamen Tresor bleiben.
„Es ist ein historisches Artefakt, das seit 140 Jahren erforscht wird und ein wenig metrologisches Interesse bewahren wird“, sagt sein Verwalter, das Bureau International des Poids et Mesures, „auch wenn seine Masse das Kilogramm nicht mehr definieren wird.“