Wie viel wiegt ein Kilogramm? Wissenschaftler beschäftigen sich seit Jahrhunderten mit diesem scheinbar einfachen Problem.
1795 erließ Frankreich ein Gesetz, das das Gramm als „das absolute Gewicht von Wasser in einem Würfel mit einem Volumen von einem Hundertstel Kubikmeter bei der Temperatur, bei der das Eis schmilzt (also 0 °C)“ definierte. 1799 entdeckten Wissenschaftler, dass das Volumen von Wasser bei 4 °C, seiner höchsten Dichte, am stabilsten ist. Daraufhin wurde die Definition des Kilogramms geändert zu „der Masse von einem Kubikdezimeter reinem Wasser bei 4 °C“. So entstand das ursprüngliche Kilogramm aus reinem Platin; das Kilogramm wurde als gleich seiner Masse definiert und wird als Archiv-Kilogramm bezeichnet.
Dieses Archivkilogramm diente 90 Jahre lang als Referenz. 1889 genehmigte die Erste Internationale Metrologiekonferenz eine Nachbildung aus einer Platin-Iridium-Legierung, die dem Archivkilogramm am nächsten kam, als internationales Originalkilogramm. Das Gewicht des „Kilogramms“ ist durch einen Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung (90 % Platin, 10 % Iridium) definiert, der etwa 39 mm hoch und im Durchmesser ist und derzeit in einem Keller am Stadtrand von Paris aufbewahrt wird.
Internationales Originalkilogramm
Seit der Aufklärung strebt die Vermessungsgemeinschaft nach einem universellen Vermessungssystem. Obwohl die Verwendung physischer Objekte als Messpunkt eine praktikable Methode darstellt, ist deren Stabilität aufgrund der Anfälligkeit für Beschädigungen durch menschliche oder Umwelteinflüsse beeinträchtigt, weshalb die Vermessungsgemeinschaft diese Methode stets möglichst bald aufgeben möchte.
Nachdem das Kilogramm die internationale ursprüngliche Kilogramm-Definition übernommen hat, stellt sich Metrologen eine Frage, die sie sehr beschäftigt: Wie stabil ist diese Definition? Wird sie sich im Laufe der Zeit verändern?
Es sei darauf hingewiesen, dass diese Frage bereits zu Beginn der Definition der Masseneinheit Kilogramm aufgeworfen wurde. Als das Kilogramm beispielsweise 1889 definiert wurde, fertigte das Internationale Büro für Maß und Gewicht sieben Kilogrammgewichte aus Platin-Iridium-Legierung an. Eines davon ist das Internationale Kilogramm, das zur Definition der Masseneinheit Kilogramm verwendet wird. Die anderen sechs Gewichte, die aus demselben Material und nach demselben Verfahren hergestellt wurden, dienen als sekundäre Referenzgewichte, um mögliche Abweichungen im Laufe der Zeit zu überprüfen.
Gleichzeitig erfordert die Entwicklung hochpräziser Technologien stabilere und genauere Messungen. Daher wurde ein Plan zur Neudefinition der internationalen Basiseinheit mithilfe physikalischer Konstanten vorgeschlagen. Die Verwendung von Konstanten zur Definition von Maßeinheiten gewährleistet, dass diese Definitionen den Anforderungen zukünftiger wissenschaftlicher Entdeckungen gerecht werden.
Laut offiziellen Daten des Internationalen Büros für Maße und Gewichte (IBM) hat sich die Qualitätskonsistenz anderer Originalkilogramme und des internationalen Originalkilogramms im Zeitraum von 1889 bis 2014 um etwa 50 Mikrogramm verändert. Dies deutet auf ein Problem mit der Stabilität des physikalischen Referenzwertes für die Qualitätseinheit hin. Auch wenn die Veränderung von 50 Mikrogramm gering erscheint, hat sie erhebliche Auswirkungen auf einige Branchen mit hohem Qualitätsanspruch.
Wenn die grundlegenden physikalischen Konstanten anstelle des Kilogramms als physikalischer Bezugspunkt verwendet werden, bleibt die Stabilität der Masseneinheit unabhängig von Raum und Zeit. Daher erarbeitete das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (ICPM) im Jahr 2005 einen Rahmen für die Verwendung grundlegender physikalischer Konstanten zur Definition einiger Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems (SI). Es wird empfohlen, die Planck-Konstante zur Definition des Kilogramms zu verwenden, und kompetente nationale Labore werden ermutigt, entsprechende Forschungsarbeiten durchzuführen.
Deshalb stimmten die Wissenschaftler auf der Internationalen Konferenz für Metrologie 2018 dafür, das internationale Prototyp-Kilogramm offiziell außer Betrieb zu nehmen und die Planck-Konstante (Symbol h) als neuen Standard zur Neudefinition des „kg“ einzuführen.
Veröffentlichungsdatum: 05. März 2021