Die wissenschaftliche Definition des Kilograms: Ein Blick auf das internationale Einheitensystem

Was ist ein Kilogramm?

Das Kilogramm ist die Basiseinheit der Masse im internationalen Einheitensystem (SI). Es ist definiert als die Einheit, die als die Masse eines international anerkannten Prototyps, dem internationalen Kilogramm (IPK), festgelegt war. Seit dem 20. Mai 2019 hat sich die Definition jedoch geändert und basiert nun auf fundamentalen Natur-Konstanten.

Die Geschichte der Kilogramm-Definition

Ursprünglich wurde das Kilogramm 1795 als Einheit im damaligen metrischen System eingeführt und war ursprünglich definiert als die Masse eines bestimmten Volumens von Wasser. 1889 wurde ein Platin-Iridium-Zylinder, der in Sèvres bei Paris aufbewahrt wird, zum offiziellen Prototyp. Die Masse dieses Zylinders wurde als 1 kg definiert und diente mehr als ein Jahrhundert als Standard.

Warum die Definition geändert wurde

Im Laufe der Zeit entdeckten Wissenschaftler, dass physische Objekte wie der Prototyp eines Kilogramms im Laufe der Zeit Veränderungen durch Abnutzung und Kontamination erfahren können. Dies führte zu Ungenauigkeiten in Messungen. Aus diesem Grund wurde der Beschluss gefasst, die Definition des Kilogramms auf fundamentale Konstanten zu stützen anstatt auf einen spezifischen physikalischen Gegenstand.

Die neue Definition: Fundamentale Naturkonstanten

Seit dem 20. Mai 2019 ist das Kilogramm definiert als die Masse, die aus dem Wert der Planckschen Einheit stammt. Genauer gesagt ist es definiert durch die Beziehung zwischen der Planckschen Konstante (h), einer grundlegenden Größe in der Quantenmechanik, und dem Kilogramm:

• Die Plancksche Konstante h hat den Wert von 6,62607015 × 10^-34 Joule-Sekunden.

Sie wird mit einem Kobalt-60-Atom im Kibble-Waage-System ermittelt, das darauf basiert, dass die Schwingungsfrequenz des Quantensystems genau bekannt ist, um die Masse zu messen.

Praktische Implikationen der neuen Definition

Die neue Definition ermöglicht präzisere und zuverlässigere Messungen, was insbesondere in Wissenschaft und Industrie von Bedeutung ist. Die Verwendung fundamentaler Konstanten wie der Planckschen Konstante sorgt dafür, dass die Einheit Kilogramm über Zeit und Raum hinweg stabil bleibt, unabhängig von Veränderungen durch physische Objekte oder Umwelteinflüsse.

Wie wird das Kilogramm in der Praxis verwendet?

Das Kilogramm findet in vielen Bereichen Anwendung, z.B.:

• Wissenschaft und Forschung: In Labors und Forschungseinrichtungen wird das Kilogramm zur genauen Messung von Stoffen verwendet.
• Industrie: Nahrungsmittel, Chemikalien, pharmazeutische Produkte – fast alles wird in Kilogramm gewogen.
• Gesundheitswesen: Körpergewichte, Medikamentendosierungen und andere medizinische Berechnungen erfolgen häufig in Kilogramm.

Zusammenfassung

Die moderne Definition des Kilogramms, die auf der Planckschen Konstante beruht, stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Maßeinheitsgeschichte dar. Sie gewährleistet eine höhere Genauigkeit und konsistente Messungen in verschiedenen Anwendungsbereichen. Das Kilogramm bleibt daher eine zentrale Größe in unserem täglichen Leben und in der Wissenschaft, die beständig alle Entwicklungen der Messmethoden und -techniken reflektiert.

In Zukunft: Das Kilogramm und neue Technologien

Technologien wie die Quantenmetrologie werden voraussichtlich in Zukunft eine wichtige Rolle bei der exakten Messung von Masse und anderen physikalischen Größen spielen. Die Entwicklung dieser Technologien könnte das Wissen über das Kilogramm und dessen Anwendungen weiter revolutionieren.