Vor über 120 Jahre tagte erstmals die Generalkonferenz für Maß und Gewicht. Seit 1889 werden dort die internationalen Definitionen der sieben Basis-Einheiten in einem System festgelegt. Das sogenannte System International beinhaltet Sekunde, Meter, Kilogramm, Ampere, Kelvin, Mol und Candela. 2018 fand die Konferenz zum 26. Mal statt und hat entschieden, sie mit Wirkung zum 2019 neu zu definieren.
Die sieben Einheiten des Systems International sind die Grundlage für alle weiteren Einheiten, da sie daraus ableitbar sind. Das System ist weltweit etabliert, nur in Das System International hat sich weitgehend durchgesetzt. Nur in Liberia, Myanmar und den USA ist die Verwendung nicht gesetzlich verankert. Die jetzt beschlossenen Änderungen sollen am 20. Mai 2019 in Kraft treten. Auch wenn die Änderungen des Systems keinen Einfluss auf die eigentlichen Maß- und Gewichtseinheiten haben, wird die definitionsgemäße Messung neu festgelegt.
Urmeter, Urkilogramm – Maßeinheiten, abhängig und unpräzise
Bisher wurden Gewichts- und Maßeinheiten hauptsächlich über physische Gegenstände und Sachverhalte definiert. Dazu gehörte zum Beispiel, dass eine Sekunde der 86.400ste Teil einer Erdrotation um die Sonne ist. Der Meter wurde über die Entfernung von Nordpol und Äquator festgelegt und durch Landvermessungen in Frankreich als Urmeter definiert. Aus dem Meter folgte die Definition des Urkilogramms, das der Masse eines mit Wasser Würfels mit der Kantenlänge von 10 Zentimetern entsprechen sollte. Da sich jedoch die Dichte von Wasser und die Größe eines Gefäßes temperaturabhängig sind, wurde bei der ersten Generalkonferenz das Urkilogramm festgelegt. Dieses physische Objekt befindet sich bis heute im Internationalen Büro für Maß und Gewicht in Frankreich, wobei Kopien des zylinderförmigen Objekts existieren. Auch die Einheiten Mol, für Masse, Kelvin für die Temperatur und Candela für die Leuchtkraft sind von physikalischen Gegenständen oder Abläufen abhängig.
Abkehr von der physischen Welt
Hier liegt auch die Schwäche der Definitionen, auch wenn sie seit ihrer ersten Festlegung immer wieder verfeinert und verändert wurden. Denn, wie sich bereits beim Kilogramm zeigt, sind die Parameter, die zur Definition herangezogen werden, nicht konstant und oft selbst nicht exakt definierbar. Sogar die Rotation der Erde ist veränderlich, und damit die Definition einer Sekunde nicht präzise. Um das zu vermeiden, versuchen Wissenschaftler und Ingenieure die Definitionen von Gewichts- und Maßeinheiten möglichst ohne physische Gegenstände festzulegen. Dies war auch Inhalt der Generalkonferenz zum System International. Ziel ist es, Einheiten auf einfachen Zahlen und fundamentalen Naturgesetzen basieren zu lassen, um so möglichst geringe Abweichungen zu erzeugen.
Mit der Präzision einer Atomuhr
Bei den neuen Definitionen im System International bildet die Sekunde als Einheit die Grundlage und den Ausgangspunkt aller darauf folgenden Maßeinheiten. Festgelegt wird die Sekunde über die Funktionsweise einer Atomuhr. Mikrowellen werden bei einer exakt bestimmten Frequenz von Caesium-133-Atomen absorbiert. Hierfür legte man bei der Konferenz fest, dass diese Frequenz bei exakt 9.192.631.770 Schwingungen pro Sekunde liegt. Die Entscheidung dafür liegt darin begründet, dass neutrale Caesium-133-Atome im Universum weitgehend identisch sind und zusätzlich leicht zu beschaffen. Durch Mikrowellen wird bei eben jener bestimmten Frequenz der messbare Übergang eines Elektrons von einem Zustand in den nächsten ausgelöst.
Umstellung ermöglicht auch diplomatische Unabhängigkeit
Die 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht wird nicht den Schlusspunkt der Debatte sein. Es werden auch zukünftig technische Entwicklungen die Maßstandards verändern und präzisere Messmethoden bisherige ersetzen. Zunächst wird das neue System International erstmal die Abhängigkeit der Maßeinheiten Gewichtsdefinitionen von Prototypen, wie dem Urkilogramm, auflösen. Vom Urkilogramm hängen bis heute direkt oder indirekt alle Messungen von Kräften, Gewichten, Stoffmengen, Ladungen von Teilchen und Stromstärken, ab. Dabei kann heute nicht mehr genau bestimmt werden, wie stark sich das Gewicht seit dem ersten Einsatz verändert hat. Es existieren Kopien, die sich um bis zu 60 Mikrogramm unterscheiden. Das ändert sich und es wird möglich, dass sich jedes Land ein eigenes Referenzkilo anfertigen kann. Ganz unabhängig von diplomatischen Beziehungen, zu Ländern, die bereits über ein Urkilogramm verfügen.