Messtechnik 8:23
Wie Atomuhren den Takt vorgeben

Die Sekunde ist eine kleine Zeitein­heit, die enorm wichtig für unser Leben ist. Doch wie lang ist eine Sekunde überhaupt?

Heute sagen wir: Die Sekunde und auch jede andere Zeitein­heit, ist der Beweis dafür, dass Zeit vergeht und voran­schrei­tet. Mit jeder vergan­ge­nen Sekunde bewegen wir uns auf einem Zeitstrahl in eine Richtung – nach vorn. Doch der eigent­li­che Ursprung unserer Zeitein­hei­ten ist kein Strahl, sondern ein Kreis. Die größte Einheit, die unsere Zeit beschreibt, ist ein Jahr. Schon im alten Ägypten hat man das beobachtet.

Dann entwi­ckel­te sich die Eintei­lung in 12 Monate und schließ­lich die Tage. Die Babylo­ni­er teilten den Tag dann in Stunden und Minuten ein. 12 Stunden pro Tag. Warum? Sie zählten zuerst nur die Stunden, an denen es hell ist. Die Dunkel­heit war für das damali­ge Leben noch irrele­vant. Irgend­wann bekam auch die Nacht 12 Stunden. Aber diese Stunden waren nie gleich lang – die Länge der Tage variiert ja im Verlauf des Jahres.

Im späten Mittel­al­ter löste man sich immer mehr vom Stand der Sonne. Die Menschen wollten unabhän­gi­ger sein und hatten den Wunsch nach Präzi­si­on: Der Tag hatte dann also 24 gleiche lange Stunden, die jeweils in 60 Minuten einge­teilt waren. Doch die Sekun­den damals waren noch immer nicht messbar und daher nicht definiert.

Der Mathe­ma­ti­ker Carl Fried­rich Gauß wagte um 1820 eine Defini­ti­on: Er nannte die Sekunde den “86.400sten Teil eines mittle­ren Tages, also der Drehung der Erde um sich selbst.” 60 Sekun­den pro Minute, 60 Minuten pro Stunde und 24 Stunden pro Tag. Irgend­wann orien­tier­te man sich an der Bahnbe­we­gung der Erde. So entstand die Ephemeriden-Sekunde.

Doch auch damit waren nicht alle zufrie­den. Es brauch­te eine Neu-Defini­ti­on, die jeder auf der Welt ohne kompli­zier­te Berech­nun­gen messen kann. Das geht am besten mithil­fe einer Natur­kon­stan­te: Ein Wert, der auf der Erde unver­än­der­lich ist. Das gelang erst 1967 mithil­fe der Atomuhr. Dank ihr können wir nun sagen: Eine Sekunde ist so lange, bis 9 192 631 770 Perioden der Schwin­gung vergan­gen sind, die die Cäsium­ato­me in der Atomuhr anregen.