Game Over für das Kilogramm: Ab nächstem Jahr gibt es eine neue Gewichtseinheit
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Game Over für das Kilogramm: Ab nächstem Jahr gibt es eine neue Gewichtseinheit

vor 1 Woche

Jetzt steht es fest: Ab November 2018 wird sich die Gewichtsmessung grundlegend verändern. Das 128 Jahre alte Kilogramm, so wie wir es kennen, wird es also bald nicht mehr geben.

Letztes Jahr haben wir bereits darüber berichtet, dass Forscher das Kilogramm neu definieren wollen. Dieser Vorgang wurde allerdings immer wieder auf unbestimmte Zeit verschoben – aber jetzt ist es soweit.

Warum das Ganze?

Das Kilogramm ist auf einen ganz bestimmten Gegenstand definiert: ein Zylinder aus dem Edelmetall Platin-Iridium. Nur wenige Menschen haben diesen Kilogramm-Prototypen je zu Gesicht bekommen. Er wird in einem dreifach verriegelten Gebäude des Internationalen Büros für Maß und Gewicht (BIPM) unter mehreren Glasglocken in Frankreich aufbewahrt. Man nennt ihn auch „Ur-Kilogramm“ oder umgangssprachlich „Le Grand K“. Seit 1889 stellt er die Maßeinheit Kilogramm dar. Damals wurden 40 Kopien des Zylinders angefertigt und in der ganzen Welt verteilt, damit jeder wusste, wie schwer ein Kilogramm ist.

Das Problem an der Sache ist aber, dass das Gewicht des Prototyps und seiner Kopien nicht gleich bleibt, sondern sich im Lauf der Zeit immer mehr verändert hat. Das liegt an ganz natürlichen Umwelteinflüssen. So können sich zum Beispiel winzige Mengen an Luftschafdstoffen auf dem Edelmetall des Zylinders ablagern und dadurch sein Gewicht verändern. Ein weiterer Haken ist die fehlende Messgenauigkeit des Kilos.

Was ist die Lösung?

Wissenschaftler wollen stattdessen eine konstante Einheit verwenden, die nicht an einen Gegenstand gebunden ist. Das ist zum Beispiel bei Längeneinheiten wie dem Meter der Fall – der wird nämlich als Strecke definiert, die Licht in einer bestimmten Zeit zurücklegt.

Das Kilogramm soll also zukünftig auch durch ein „natürliches“ Verfahren definiert werden statt durch einen von Menschen hergestellten Gegenstand. Als Alternative zum Metallzylinder arbeiten Physiker des Berner Bundesamt für Metrologie an einer sogenannten Watt-Waage. Bei diesem Verfahren soll das Kilogramm durch einen Vergleich aus mechanischer und elektrischer Leistung aus einem ganz neuen Wert hergeleitet werten: dem sogenannten Planckschen Wirkungsquantum mit der Einheit h. Diesen Wert benötigt man, um zu berechnen, wie sich Elektronen aus einer Metalloberfläche zusammensetzen, wenn sie von Licht getroffen wird.

Mit Hilfe der Watt-Waage wird die Gewichtskraft einer Masse mit einer elektromagnetischen Kraft verglichen, die elektrischer Strom in einer Spule erzeugt. Dieser Wert würde das Plancksche Wirkungsquantum festlegen.


Die Watt-Waage steht in den Vereinigten Staaten.
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Diese Watt-Waage könnt ihr sogar aus LEGO-Steinen zu Hause nachbauen. Die ist natürlich nicht so genau wie die Originalwaage, aber sie funktioniert:

Die Watt-Waage ist aber nicht die einzige Alternative für das Ur-Kilogramm. Eine zweite Möglichkeit ist, das Kilogramm über die Masse von Atomen neu zu definieren. Daran arbeiten Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB). Ein Kilogramm würde also einer bestimmten Anzahl von Atomen entsprechen.
Hierfür haben Forscher eine perfekt runde Kugel aus reinem Siliziumkristall hergestellt, die 1 Kilogramm wiegt. Jetzt müssen die Physiker nur noch herausfinden, wie viele Atome in den Kugeln stecken. Deswegen besteht die Kugel auch aus Siliziumkristall. Denn Silizium-Atome bilden ein regelmäßiges Gitter, was es einfacher macht, mit Hilfe von Strahlen die Anordnung der Atome im Kristallgitter zu bestimmen. So lassen sich die Atome „zählen“. Der Wert, der dabei herauskommt, nennt sich „Avogadro-Konstante“ und hat die Einheit NA.

Jetzt haben Wissenschaftler bis November 2018 Zeit, die Atome in der Siliziumkugel zu zählen und ihre Messungen mit der Watt-Waage auszuwerten, damit es dann nächstes Jahr zwei feste Zahlenwerte für h und Ngibt. Dann werden bei einem Treffen des BIPM die neuen Einheiten offiziell gemacht.

Wenn wir schon beim Thema Gewicht sind: Ihr kennt bestimmt das Problem, dass eure Waage euch manchmal fragwürdige Gewichts-Schwankungen anzeigt. Der Grund dafür sind oft tatsächlich einfach Fehler beim Wiegen. Wir verraten dir, wie du dich wiegen solltest, um korrekte Ergebnisse zu bekommen:

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