'Ursekunde'

Wissenschaft Physik
#1

Hallo zusammen,

es mag ja sein, dass ich grad völlig auf dem Schlauch stehe (das passiert öfters, wäre also nix wirklich neues) aber ich kapier’s wirklich nicht.

Und zwar reden wir über die Atomsekunde, die ja bekanntlich über das n-fache einer Schwingungsdauer des Cäsiumatoms mit einer bestimmten Massenzahl definiert ist. Soweit so gut.

Historisch ist ja das ganze so entstanden, dass man irgendwann mal festgestellt hat, dass sich die Erde gar nicht so konstant dreht, wie man das zum Zwecke der höllisch genauen Zeitmessung gerne hätte. Auch klar.

Dann kamen irgendwann mal die Erfinder vom Quarz ins Spiel - nur dass diese Quarz-Uhren immer noch nicht genau genug gingen. Ebenfalls klar. Sodele, und dann kam jemand noch Schlaueres daher und hat gesagt „eine Sekunde sei das 9192631770-fache einer Schwingung eines was-auch-immer-Atoms unter was-auch-immer-Bedingungen“.

Und hier ist’s dann unklar. Wie zum Geier wusste denn dieser schlaue Mensch kam denn der da drauf, dass das 9192631770-fache und nicht das 9192631772-fache der richtige Wert für oben erwähntes n ist? Woher also kennt man diese ultimativ richtige Sekunde?

Denn letzten Endes kann doch nur umgekehrt ein Stiefel draus werden. Man wisse wie lang eine Sekunde richtigerweise ist und dann guckt man, wer zuverlässig und mit einem vernünftigen Umrechnungsfaktor entsprechend schwingt und kommt dann voilá auf „das 9 192 631 770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung.“ (Dieses Zitat hab ich bei wiki geklaut: http://de.wikipedia.org/wiki/Atomsekunde) Und wuusch hat man seine prächtige Definition.

So - aber woher weiss man nun, wie lange die ultimative Sekunde ist, damit man das so schön definieren kann? Oder wo mach ich da nun den Denkfehler?

Ich meine, beim Meter war das einfacher, den hat man mal definiert (letzten Endes ja auch eher willkürlich, wenn auch nicht sinnlos) und dann lag da der Urmeter in Paris im Safe. Und nun musste ich halt gucken, wie lange Licht braucht um genau einen Urmeter weit zu kommen, stoppe die Zeit und alles ist gut :wink: Aber wo liegt die „Ursekunde“?

Weia, jetzt hab ich mich völlig verworren - kann mich mal bitte jemand entwirren?

*wink*

Petzi

#2

Hallo Petzi!

*lange nichts gehört*

Und hier ist’s dann unklar. Wie zum Geier wusste denn dieser
schlaue Mensch kam denn der da drauf, dass das
9192631770-fache und nicht das 9192631772-fache der richtige
Wert für oben erwähntes n ist? Woher also kennt man diese
ultimativ richtige Sekunde?

Jetzt weiß ich nicht genau, was Du mit Deiner Frage wissen willst.

  1. Du hast ein messtechnisches Problem: Woher weiß man, wann 9192631770 Perioden um sind? Da kann ich Dir leider nicht helfen.

  2. Du möchtest wissen, woher man weiß, dass eine Sekunde genau 9192631770 Perioden lang dauert. Es kann sein, dass es einfach egal ist. Wenn die Schwankungen aller anderen Zeitskalen größer sind, dann kann man einfach per Definition das so festlegen. Wenn es zwei Perioden mehr oder weniger sind, dann macht das für das Jahr ca. 7 Millisekunden aus. Wenn ich nun weiß, dass die zuvor gültige Zeitdefinition ungenauer war (weil die Länge eines Jahres stärker schwankt als 7 ms pro Jahr), dann ist das durchaus okay.

Bei der Meterdefinition war das auch nicht anders. Nur beim Kilogramm ist man heute noch nicht schlauer als vor 200 Jahren.

  1. Du weißt nicht, woher man weiß, dass die Diskrepanz zwischen der alten und der neuen Zeitmessung in der Ungenauigkeit der alten Zeitmessung (und nicht etwa der neuen Zeitmessung liegt). Dazu baut man einfach zwei identische Atomuhren, die sich ständig absprechen, wie spät es ist. Wenn sie sich ständig einig sind, aber einen Unterschied zu einer Quarzuhr messen, dann geht die Quarzuhr falsch.

Wenn Du es noch genauer wissen willst, kannst Du Dich an die Physikalisch Technische Bundesanstalt in Braunschweig wenden. Die bringen immer mal wieder ganz interessante Broschüren „maßstäbe“ raus, die es hier zum kostenlosen Download gibt.

http://www.ptb.de/de/publikationen/massstaebe/massdo…

Gruß, Michael

P.S.: @MOD: Die Maßstäbe könnte man in die Link-Liste aufnehmen.

#3

Hallo Petzi,

die Definition der „Atomsekunde“ sollte natürlich so nah wie möglich an der bisherigen Sekunde liegen, schliesslich will man ja nicht das ganze Welt-Zeit-System ändern.

Prinzipiell ist das aber eine Festlegung für die Zukunft. Will man etwas genauer festlegen als man es derzeit messen kann, dann bleibt für die Festlegung selbstverständlich ein Bereich der Willkür - nämlich die aktuelle Messgenauigkeit.

Die Sekunde ist keine Naturkonstante, sonst könnte / müsste man sie ja nicht festlegen - Naturkonstanten kann man nur immer genauer messen.

Hoffentlich habe ich keine Klarheit übriggelassen,

Gruss Reinhard

#4

Hallo,
Wenn eine Sekunde das 86400. Teil eine 24 Stunden Tages ist, kann man ihre Zeitlänge rein mathematisch in Schwingungen eines Atoms ausdrücken.
Wenn eine Sekunde aber mit dem Mittelwert der Erdwanderung um die Sonne der letzten 1000 Jahre in Abhängigkeit gebracht wird, dann hat sie einen anderen Wert und die 24 Stunden unseres Tages müssen angepasst werden. Da diese wiederum von der Erdumdrehung abhängen, haben wie ein Dilemma.
Die Maias fanden eine Lösung, indem sie alle 54 Jahre ein paar Tage aus dem Kalender strichen und kamen so de astronomischen Sekunde am nächsten.
Heute schieben wir alle 4 Jahre einen Tag ein und kommen der astronomischen Sekunde auch in die Nähe.
Jetzt brauchen wir Einstein weil in unsere Gleichung eine Sekunde als nicht gleich eine Sekunde übrig bleibt.
MfG Wolf

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#5

So - aber woher weiss man nun, wie lange die ultimative
Sekunde ist, damit man das so schön definieren kann? Oder wo
mach ich da nun den Denkfehler?

Ich meine, beim Meter war das einfacher, den hat man mal
definiert (letzten Endes ja auch eher willkürlich, wenn auch
nicht sinnlos) und dann lag da der Urmeter in Paris im Safe.
Und nun musste ich halt gucken, wie lange Licht braucht um
genau einen Urmeter weit zu kommen, stoppe die Zeit und alles
ist gut :wink: Aber wo liegt die „Ursekunde“?

Hallo Petzi
eigentlich hat ja Reinhard Kern schon alles in kurzer Einlassung,
aber trotzdem vollständig, zu Deiner Fragestellung gesagt aber ich
möchte dies weitergehend so ergänzen:
Alles - aber auch Alles was irgentwie mit Messen, Wägen oder
Vergleichbarem zu tun hat beruht auf Festlegungen, Vereinbarungen
(damit man sich verständigen kann) und Vergleichen.
Auch sogenannte „Naturkonstanten“ sind nur begreifbar innerhalb
unserer (menschlichen) Festlegungen und Definitionen.
So ist die (meßbare, im Gegensatz zur gefühlten) Zeit ein Vergleich
„abgezählter“ Ereignisse - etwa:
Ein Objekt dreht sich einmal - das andere Objekt soundsovielmal.
Ein Objekt schwingt einmal - das andere Objekt soundsovielmal.
Alle „Messungen“, wie sie auch immer genial ausgeführt werden sind
letztendlich reine Abzählerei.
Auch die Lichtgeschwindigkeit ist keine Naturkonstante !!
Sie ist der Quotient aus zwei Messungen (nach obigen Zähl-Vorgaben).

Wenn die physikalischen „Bedingungen“ eines Vergleichsobjekt sich
ändern, z.Bsp. ein schwingendes Objekt wird beschleunigt, so wird
die Abzählerei ein anderes Ergebnis liefern als wenn beide unbeschleu-
nigt sind.

Außerhalb unserer (menschlichen) Festlegungen gibt es keine Zeit,
keine Geschwindigkeit, keine Abmessungen, keine Dimensionen sondern
nur Bewegungen, Ereignisse, Objekte und das NICHTS !!

VIKTOR

#6

Hi,

Außerhalb unserer (menschlichen) Festlegungen gibt es keine
Zeit,
keine Geschwindigkeit, keine Abmessungen, keine Dimensionen
sondern
nur Bewegungen, Ereignisse, Objekte und das NICHTS !!

es geht schon etwas ins Philosophische, aber nichtmal das ist klar.

Erstmal: Bewegung impliziert Zeit und Raum. Ereignisse implizieren Zeit.

Ob es sowas wie Objekte oder auch das NICHTS _real_ gibt, wissen wir auch nicht.

Einzig diese Aussage kann gemacht werden:

Zeit, Raum, Energie usw. sind PARAMETER in unseren MODELLEN von der Welt, welche es uns erlauben, Beobachtungen in einen für und logischen KONTEXT zu bringen und innerhalb dieses Kontextes korrekte VORHERSAGEN zu treffen. That’s all. Der Rest ist wirklich Philosophie.

LG
Jochen

#7

Hallo Viktor,

Auch die Lichtgeschwindigkeit ist keine Naturkonstante !!
Sie ist der Quotient aus zwei Messungen (nach obigen
Zähl-Vorgaben).

das interpretiere ich mal so, dass der Zahlenwert und die Einheit der Lichtgeschwindigkeit unterschiedlich sein können, je nachdem, in welchen Einheiten ich Weg und Zeit zur Berechnung der Lichtgeschwindigkeit messe.

Da man aber die verwendeten Einheiten beim Messen ja auch wieder in Meter und Sekunde umrechnen kann, bleibt die Naturkonstante Lichtgeschwindigkeit schon konstant, sie lässt sich aber unterschiedlich darstellen.

Viele Grüße
Stefan

#8

Hallo Michael,

*lange nichts gehört*

dito :smile:

  1. Du hast ein messtechnisches Problem: Woher weiß man, wann
    9192631770 Perioden um sind? Da kann ich Dir leider nicht
    helfen.

Nö, da ging ich sehr laienhaft davon aus, dass die entscheidenen Leute schon eine besonders schlaue Messtechnik verwenden die als „Stoppuhr“ taugst :wink:

  1. Du möchtest wissen, woher man weiß, dass eine Sekunde genau
    9192631770 Perioden lang dauert.

Jep, das war genau die Frage. Der Meter ist ja kein Problem, da nehm ich mein grosses Lineal, messe den Erdumfang am Äquator (oder sonstwas willkürliches) aus, teile durch 40.000 und lege das Lineal nach Paris in den Safe. Wenn ich das nun irgendwie anders definieren will, schaue ich halt mit welchen Methoden, Wellenlängen und Vielfachen ich diesem „Urmeter“ so nahe wie möglich komme.
Aber bei der Zeit ist das doch - auch wenn man gar nicht so philosophisch wird wie die Jungs oben - schwieriger, weil es ja „die Ursekunde“ nicht gibt. Oder sagen wir anders: das wäre ja analügt zu einem Erddurchmesser, der sich fröhlich über’s Jahr ändert, mal ein paar cm länger wird und im Winter vielleicht auch wieder kürzer oder so.

Es kann sein, dass es einfach
egal ist.

Ja, DAS war eben die Frage: Hat man da einfach irgendwas halbwegs ganzzahliges, stabiles, reproduzierbares genommen, und gesagt, dass das genauer ist als alles was man bisher so hatte? Und das definiert man dann einfach als „Ursekunde“?

Dazu baut man einfach zwei identische
Atomuhren, die sich ständig absprechen, wie spät es ist.

Ja, das hab ich kurz nach dem Posten dann auch gelernt, dass deswegen die UTC UTC heisst, weil sich da ein paar Atomuhren vergleichen.

Wenn Du es noch genauer wissen willst, kannst Du Dich an die
Physikalisch Technische Bundesanstalt in Braunschweig wenden.

Hmm, meinste die befassen sich mit so blöden Popelanfragen? *grübel*

P.S.: @MOD: Die Maßstäbe könnte man in die Link-Liste
aufnehmen.

Dieser Idee schliesse ich mich an.

*wink*

Petzi

#9

Morgen Petzi,

  1. Du möchtest wissen, woher man weiß, dass eine Sekunde genau
    9192631770 Perioden lang dauert.

Jep, das war genau die Frage. Der Meter ist ja kein Problem,
da nehm ich mein grosses Lineal, messe den Erdumfang am
Äquator (oder sonstwas willkürliches) aus, teile durch 40.000
und lege das Lineal nach Paris in den Safe. Wenn ich das nun
irgendwie anders definieren will, schaue ich halt mit welchen
Methoden, Wellenlängen und Vielfachen ich diesem „Urmeter“ so
nahe wie möglich komme.
Aber bei der Zeit ist das doch - auch wenn man gar nicht so
philosophisch wird wie die Jungs oben - schwieriger, weil es
ja „die Ursekunde“ nicht gibt.

Die gibt es sehr wohl! Wenn man die Sekunde über den Tag definiert vergehen genau 24 mal 60 mal 60 Sekunden von einem Durchgang der Sonne durch den Himmelsmeridian bis zum nächsten. Wenn man es noch genauer haben möchte, sucht man den Frühlingspunkt der Sonne und misst die Zeit, bis sie das nächste Mal den Frühlingspunkt erreicht (Frühlingspunkt = Schnittpunkt der Ekliptik mit dem Himmelsäquator). Zwischen zwei Frühlingspunkten vergehen per Definition 365,2425 mal 24 mal 60 mal 60 Sekunden. (Alle 4 Jahre ein Schaltjahr, alle 100 Jahre kein Schaltjahr, alle 400 Jahre doch ein Schaltjahr).

Ja, DAS war eben die Frage: Hat man da einfach irgendwas
halbwegs ganzzahliges, stabiles, reproduzierbares genommen,
und gesagt, dass das genauer ist als alles was man bisher so
hatte? Und das definiert man dann einfach als „Ursekunde“?

Im Prinzip: Ja. Genauso hat man es beim Meter ja auch gemacht. Erster Schritt: Wir messen, wie weit es vom Nordpol bis zum Äquator ist und teilen diese Strecke durch 10.000.000. Zweiter Schritt: Wir basteln aus einer exotischen Legierung einen Maßstab und nennen seine Länge 1 m. Dritter Schritt: Jede Länge wird nun als Vielfache dieses Meters gemessen. Wenn sich danach herausstellt, dass die Strecke vom Nordpol zum Äquator ein bisschen größer als 10.000.000 Meter ist … shit happens! Das Urmaß ist ein menschengemachter Gegenstand, keine natürliche Größe.

Vierter Schritt: Man stellt fest, dass man in der Messtechnik nie geahnte Fortschritte macht, und dass die neuen Messgeräte eine Genauigkeit ermöglichen, die über die Variabilität des Urmaßes hinaus geht. Also wird eine Definition der Einheit notwendig, die von dem Urmaß unabhängig ist. Trotzdem soll die Einheit ihren Namen behalten und damit auch ihren Wert. Deswegen nimmt man eine Größe aus der Natur, bei der man davon ausgeht, dass sie unveränderlich ist. Man misst so genau wie möglich, wie diese natürliche Größe mit der alten Größe des Maßes zusammen hängt. Schließlich definiert man diese Messung als exakt. Nun ist es ähnlich wie beim dritten Schritt: Sollte eine zukünftige Messung (z. B. der Lichtgeschwindigkeit) einen anderen „Wert“ ergeben, so ändert das nichts an der Größe der Lichtgeschwindigkeit (die ja festgelegt wurde) sondern an der Länge des Meters.

Dabei sollte man nicht vergessen, dass eine neue, bessere Messung nicht bedeutet, dass eine alte Messung hinfällig wird. Beispiel: Vielleicht war es früher einmal möglich bis auf 100tel Millimeter genau zu messen. Dann hätte man damals definiert, dass die Länge des Urmeters 1,00000 m ist. Das bedeutet: Seine Länge liegt irgendwo zwischen 0,99999 m und 1,00001 m. Wenn die Messtechnik besser wird, liegt der Messwert immer noch zwischen diesen beiden Werten, nur kann man es besser eingrenzen, z. B. zwischen 1,000003 m und 1,000004 m. Die nächste Generation misst für die Länge des Urmeters vielleicht zwischen 1,0000036 m und 1,0000037 m usw. (Allerdings kommt beim Urmeter noch das Problem hinzu, dass seine Länge durch Abrieb und thermische Ausdehnung gar nicht 100%ig konstant ist).

Übrigens: Die Definition der Einheit Kilogramm lautet bis auf den heutigen Tag: „Die Masse des Urkilogramms Nr. 5 in Paris“. (Warum Nr. 5? Es gab damals ein ganz nettes Ritual. Es wurden mehrere Kilogrammstücke hergestellt, die untereinander mit den damals möglichen Mitteln die gleiche Masse hatten. Und dann wurde gelost, welches dieser Kilogrammstücke das Urkilogramm sein durfte)

Michael

#10

Messen und Vergleichen
Hallo zusammen,
ich will auch mal 'was zum Besten geben.
Letztendlich ist „Messen“ nur ein „Vergleichen“. Damit wir möglichst genau (relativ) überall auf der Welt vergleichen können, hat man sich in den 70er Jahren hingesetzt, und hat nach dem Systeme Internationale das Internationale Einheitensystem ins Leben gerufen. Es gibt demnach nur 7 Basiseinheiten aus denen alle anderen Größen abgeleitet werden.
Damit zum besseren Verständnis 1Nm=1WS=1J (mechan. Wärmeäquivalent) ist, brauchte man halt genaue Vergleichswerte.
Was immer besser messbar wird, trägt zur immer höher werdender Genauigkeit bei.
Ich habe sogar erfahren, dass das Urmeter gar nicht mehr „Urmeter“ ist, weil sich seine Länge im Laufe der Zeit sogar geändert hat. (Als Urmeter hat es nur noch Museumswert).
Das für mich Faszinierendste ist die Erreichung des absoluten Nullpunktes- sprich 0 K (Kelvin).
Wissentlich, dass man ihn nie erreichen kann (aber man soll ja nie „nie“ sagen), so ist es doch faszinierend, von Zeit zu Zeit eine Kommastelle näher an ihn heranzukommen- aber nur, weil es auch messbar ist.
Gruß