Wie viel wiegt ein Kilogramm? Wissenschaftler erforschen dieses scheinbar einfache Problem seit Hunderten von Jahren.
1795 erließ Frankreich ein Gesetz, das ein Gramm als „das absolute Gewicht von Wasser in einem Würfel mit einem Volumen von einem Hundertstel Meter bei der Schmelztemperatur (also 0 °C)“ definierte. 1799 entdeckten Wissenschaftler, dass das Wasservolumen am stabilsten ist, wenn die Wasserdichte bei 4 °C am höchsten ist. Daher änderte sich die Definition des Kilogramms zu „der Masse von einem Kubikdezimeter reinem Wasser bei 4 °C“. Dadurch entstand ein Urkilogramm aus reinem Platin. Das Kilogramm ist als gleich seiner Masse definiert und wird als Archivkilogramm bezeichnet.
Dieses Archivkilogramm dient seit 90 Jahren als Referenz. 1889 wurde auf der Ersten Internationalen Konferenz für Metrologie eine Replik aus einer Platin-Iridium-Legierung, die dem Archivkilogramm am nächsten kommt, als internationales Urkilogramm anerkannt. Das Gewicht eines „Kilogramms“ wird durch einen Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung (90 % Platin, 10 % Iridium) mit einer Höhe und einem Durchmesser von etwa 39 mm definiert, der derzeit in einem Keller am Stadtrand von Paris gelagert wird.
Internationales Originalkilogramm
Seit der Aufklärung ist die Vermessungsgemeinschaft bestrebt, ein universelles Vermessungssystem zu etablieren. Obwohl es praktikabel ist, physische Objekte als Messmaßstab zu verwenden, ist die Stabilität physischer Objekte aufgrund menschlicher oder umweltbedingter Einflüsse leicht zu beeinträchtigen. Daher wollte die Vermessungsgemeinschaft diese Methode so schnell wie möglich aufgeben.
Nachdem das Kilogramm die internationale Original-Kilogramm-Definition übernommen hat, stellt sich für Metrologen eine Frage: 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. Beispielsweise produzierte das Internationale Büro für Maß und Gewicht bei der Definition des Kilogramms im Jahr 1889 sieben Kilogrammgewichte aus Platin-Iridium-Legierungen, von denen eines das Internationale Originalkilogramm ist. Die anderen sechs Gewichte, die aus demselben Material und nach demselben Verfahren hergestellt wurden, dienen als sekundäre Benchmarks, um zu überprüfen, ob es im Laufe der Zeit zu Abweichungen zwischen den Gewichten kommt.
Gleichzeitig benötigen wir mit der Entwicklung hochpräziser Technologien stabilere und genauere Messungen. Daher wurde ein Plan zur Neudefinition der internationalen Basiseinheit mit physikalischen Konstanten vorgeschlagen. Die Verwendung von Konstanten zur Definition von Maßeinheiten bedeutet, dass diese Definitionen den Anforderungen der nächsten Generation wissenschaftlicher Entdeckungen gerecht werden.
Nach offiziellen Angaben des Internationalen Büros für Maß und Gewicht hat sich die Qualitätskonsistenz anderer Urkilogramme und des internationalen Urkilogramms in den 100 Jahren von 1889 bis 2014 um etwa 50 Mikrogramm verändert. Dies deutet auf ein Problem mit der Stabilität des physikalischen Maßstabs der Qualitätsmaßeinheit hin. Obwohl die Veränderung um 50 Mikrogramm gering erscheint, hat sie erhebliche Auswirkungen auf einige High-End-Industrien.
Wenn die grundlegenden physikalischen Konstanten anstelle des Kilogramms als physikalischer Bezugspunkt verwendet werden, wird die Stabilität der Masseeinheit nicht durch Raum und Zeit beeinflusst. Daher hat das Internationale Komitee für Maß und Gewicht 2005 einen Rahmen für die Verwendung grundlegender physikalischer Konstanten zur Definition einiger Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems entworfen. Es wird empfohlen, die Planck-Konstante zur Definition der Masseeinheit Kilogramm zu verwenden, und kompetente nationale Laboratorien werden ermutigt, entsprechende wissenschaftliche Forschungsarbeiten durchzuführen.
Aus diesem Grund haben die Wissenschaftler auf der Internationalen Metrologiekonferenz 2018 dafür gestimmt, das Internationale Kilogramm-Prototyp offiziell außer Dienst zu stellen und die Planck-Konstante (Symbol h) als neuen Standard zu ändern, um das „kg“ neu zu definieren.
Beitragszeit: 05.03.2021