Jubiläum nach Maß: Der heutige Meter ist 30

20. Oktober 2013, 17:42
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Am 20. Oktober 1983 wurde die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auf exakt 299.792.458 m/s festgelegt und der Meter damit erstmals über eine fundamentale Konstante definiert

Am 20. Oktober 1983 wurde der Meter neu definiert. Er war die erste Basiseinheit, die über eine fundamentale Konstante bestimmt wurde. Die Definition des Meters basiert auf der Lichtgeschwindigkeit c von 299.792.458 Metern pro Sekunde. Entsprechend ist ein Meter die Strecke, die Licht in einer 299.792.458stel Sekunde im Vakuum zurücklegt. Auch moderne Entfernungsmessgeräte, wie man sie heute im Baumarkt kaufen kann, funktionieren nach diesem Prinzip: Sie sind so etwas wie eine Stoppuhr mit Laser und messen die Zeit, die ein Lichtpuls vom Gerät zur Wand und zurück benötigt, und errechnen daraus den Abstand.

Körpermaße der Herrscher

Der Weg dorthin war lang. Viele Vorgänger des Meters waren von den Körpermaßen regionaler Herrscher abgeleitet worden und entsprechend vielfältig. Das älteste bekannte Längenmaß, die Nippur-Elle aus Mesopotamien, wird auf die erste Hälfte des dritten  Jahrtausends v.u.Z. datiert. Sie war 51,8 Zentimeter lang. Schon damals wurden Primärnormale solcher Maße, etwa aus Granit, hergestellt, um die Einheit für den Handel zu normieren. Auch der berühmte Urmeter ist ein reales Objekt – ein Stab aus einer Edelmetall-Legierung. Doch alle diese Maßeinheiten hatte ein Ablaufdatum.

Dem Geist der französischen Revolution entsprechend sollte die Maßeinheit der neuen Zeit nicht mehr auf den Körpermaßen eines Herrschers basieren, sondern auf einer allgemein gültigen Konstante. Dafür wählte ein von der französischen Nationalversammlung beauftragtes Komitee den damals durch Paris verlaufenden Nullmeridian. Dessen zehnmillionster Teil auf der Strecke zwischen Nordpol und Äquator sollte den neuen Meter ausmachen. Mittels Triangulation maßen zwei Astronomen in einem aufwändigen Verfahren einen Teilabschnitt des Meridians zwischen Barcelona und Dünkirchen, und ermittelten daraus die Gesamtlänge des Längengrades.

Abhängigkeit von äußeren Parametern

Im Dezember 1799 wurde der Meter schließlich in Platin gegossen. Doch erst 1875 erhielt der Meter seine allgemeine Gültigkeit, zumindest in den 17 Staaten, die damals die Meterkonvention unterzeichneten. Der Prototyp wurde 1889 durch einen stabileren Platin-Iridium-Stab ersetzt, von dem 30 Kopien angefertigt und an die Mitgliedsstaaten der Meterkonvention ausgegeben wurden. Als Meter galt nun der "Abstand der Mittelstriche der auf dem Urmeterstab in Sèvres angebrachten Strichgruppe bei 0 °C".

Die Temperatur-Angabe deutet das Problem dieser Definition bereits an: Die Einheit war abhängig von äußeren Parametern. Außerdem ist ein materielles Objekt wie ein Metallstab zeitlich nicht stabil. Eine orts- und zeitunabhängige Konstante musste also her. Diese fanden Metrologen in den Wellenlängen von Licht. Wilhelm Kösters und Johann Engelhard entwickelten an der deutschen Physikalisch-Technischen Bundesanstalt schließlich ein Messsystem mit einer bis dahin unerreichten Stabilität und Reproduzierbarkeit: In  einer Kryptonlampe wurden Kryptonatome zu einem Elektronenübergang angeregt, bei dem rotes Licht einer genau bestimmten Wellenlänge entstand. 1960 folgte die Neudefinition des Meters als das "1.650.763,73-fache der Vakuumwellenlänge des Lichts, das von einem Krypton-86-Atom ausgesandt wird".

Präzision durch Laser

Damit wurde der Meter zur ersten auf eine atomare Konstante zurückgeführten Einheit. Mit der Kryptonlampe wurde für den Meter eine Reduzierung der relativen Messunsicherheit um den Faktor 10 auf 10-8 erreicht. Doch mit der Entdeckung des Lasers machte die Herstellung präziser Lichtquellen mit immer stabileren Wellenlängen große Sprünge und stellte so eine ständige und immer kurzschrittigere Anpassung der Meterdefinition an die technische Entwicklung in Aussicht.

Darum wurde die Längeneinheit schließlich an eine unveränderliche Naturkonstante gebunden. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum wurde auf exakt 299.792.458 m/s festgelegt und der Meter am 20. Oktober 1983 von der 17. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) entsprechend über die Sekunde definiert. Seitdem gilt diese Definition über eine fundamentale Konstante als Vorbild für die anderen Einheiten des SI-Systems (Internationales Einheitensystem). (red, derStandard.at, 20.10.2013)

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