Was ist das Urkilogramm?

Die Maßeinheit der Masse ist das Kilogramm [kg], eine der sieben Grundgrößen des internationalen Einheitensystems oder SI (frz. Système international d‘unités). 1889 wurde auf der ersten Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) das sogenannte Urkilogramm, ein Platin-Iridium-Zylinder 39 mm hoch und 39 mm im Durchmesser und mit einer Masse von 1 kg, anerkannt und seitdem im Internationalen Büro für Maß und Gewicht (BIPM) in Sèvres bei Pari unter drei Glaskuppeln aufbewahrt [1], [2].

Das Problem mit dem über 130 Jahre alten Zylinder ist, dass er im Laufe der Jahre an Masse verlor. Als das Urkilogramm eingeführt wurde, wurden exakte Kopien angefertigt und in andere Länder transportiert, seitdem jedoch regelmäßig zusammengeführt und ihr Gewicht verglichen. Das Ergebnis war, dass die Massen sich zum Teil um ein halbes Mikrogramm pro Jahr unterscheiden – ein unhaltbarer Effekt. Im Detail kann dieser auch heute noch immer nicht verstanden werden wodurch es zu dem notwendigen Paradigmenwechsel kam [3].

Drei der sieben SI-Einheiten, nämlich Meter, Sekunde und Candela, können bereits seit Jahrzehnten rein aus Naturkonstanten hergeleitet werden und haben so keine begrenze Lebensdauer und verändern sich nicht mit der Zeit. Seit dem 20. Mai 2019 werden nun auch die anderen vier SI-Einheiten, das Kilogramm, das Ampere, das Kelvin und das Mol durch Naturkonstanten festgelegt und sind somit zeitlich ebenfalls nicht mehr veränderlich. Das Urkilogramm wurde abgelöst durch eine Beschreibung mit Hilfe des Planckschen Wirkungsquantums, bei der die Energiemenge einer Lichtwelle mit ihrer Frequenz verknüpft wird und somit stets denselben Wert hat [2].

[1] Stöcker; Taschenbuch der Physik; 2018; Europa Lehrmittel Verlag

[2] Gast, Robert; Spektrum News: Das Urkilogramm ist endgültig Geschichte (Link: https://www.spektrum.de/news/das-urkilogramm-ist-endgueltig-geschichte/1647288); aufgerufen am 04.05.2020

[3] Dr. Dr. Simon, Jens; Deutsche Physikalische Gesellschaft: PHYSIKonkret Nr. 34 September 2018 (Link: https://www.dpg-physik.de/veroeffentlichungen/publikationen/physikkonkret/pix/physik_konkret_34.pdf)

Weiterführende Literatur:

[4] Becker, Peter; Nicolaus, Arnold: Hat der Urkilogramm bald ausgedient?; 2008

[5] Unger, Wolfgang; Gross, Thomas; Lippitz, Andreas: Neues vom Urkilogramm; 2010

[6] Davis, R. S.: Possible new definitions of the kilogram; 2005

[7] Bich, W.: From the SI mass unit to multiples and submultiples: an overview; Metrologia Volume 40, Number 6; 27.11.2003