Das Internationale Einheitensystem

Wie lang ist ein Meter, wie schwer ein Kilogramm und wann ist eine Sekunde vergangen? Die Antwort auf diese Fragen fiel im Lauf der Geschichte sehr unterschiedlich aus. Mit dem Weltmetrologietag am 20. Mai 2019 wurde das Internationale Einheitensystem erneut überarbeitet: Ein Satz von Naturkonstanten mit festgelegten Werten bildet nun die Grundlage für die Definitionen aller Einheiten.

Das internationale Einheitensystem umfasst sieben Basiseinheiten: Der Meter für Längen, das Kilogramm für Massen, die Sekunde für die Zeit, das Ampere für die Stromstärke, das Kelvin für die Temperatur, die Candela für die Lichtstärke und das Mol als Maß für die Stoffmenge. Eingeführt wurde dieses Einheitensystem – zunächst mit nur sechs Einheiten – im Jahr 1960 auf der Generalkonferenz für Maße und Gewichte. Auf diesen Treffen kommen seit 1889 regelmäßig Vertreter der 62 Staaten zusammen, die die sogenannte Meterkonvention unterzeichnet haben. Dieser internationale Vertrag geht auf das Jahr 1875 zurück und wurde mittlerweile von mehr als hundert Staaten akzeptiert.

Im Lauf der Zeit änderte sich allerdings die Definition der Einheiten – mit dem Ziel, die Einheiten auf eine feste Basis zu stellen. Denn viele der anfänglichen Definitionen brachten Probleme mit sich: So war ein Meter etwa über die Länge des „Urmeters“ – eines Metallstabs – festgelegt. Je nach Temperatur schwankte dessen Länge allerdings und damit fiel ein Meter mal einige Mikrometer länger oder kürzer aus. Für die Wissenschaft, die in immer kleinere Größenbereiche vorstieß, ein unhaltbarer Zustand. Seit 1983 wird der Meter daher über die konstante Geschwindigkeit des Lichts definiert.

Eine Sekunde wird bereits seit 1967 mithilfe einer unveränderlichen Eigenschaft der Natur festgelegt: In dieser Zeitspanne finden 9 192 631 770 Schwingungen in der Elektronenhülle eines ungestörten Cäsiumatoms statt. Auch für die übrigen Einheiten suchten Wissenschaftler nach Definitionen, die sich auf Naturkonstanten stützen. Am 16. November 2018 sprachen sich die Mitgliedsstaaten der Meterkonvention schließlich einstimmig für einen grundlegenden Wandel im Internationalen Einheitensystem aus.

In Zukunft sollen sich alle Maßeinheiten auf die festgelegten Werte von sieben ausgewählten Naturkonstanten beziehen. Die Neudefinitionen traten am 20. Mai 2019 in Kraft, am internationalen Tag der Metrologie. Zwar änderte sich damit für alle sieben Basiseinheiten der Wortlaut ihrer Definition. Für den Meter, die Sekunde und die Candela blieb das zugrunde liegende physikalische Konzept jedoch unverändert.