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Wozu braucht die Welt eigentlich den
Klitzing-Effekt? Klaus von Klitzing, der dieses Phänomen entdeckt hat,
entführte das Auditorium auf höchst amüsante Weise in die
Welt des
Messens.
Von Rainer Klüting
Wie lang ist ein Meter? Und
wie schafft man, dass der Meter in Berlin genauso lang ist wie in
Barcelona? Wie schwer ist ein Kilogramm?
Wie lang ist eine Sekunde? Maßeinheiten hat
die Menschheit spätestens erfunden, seit sie Handel treibt. Manche
Einheiten ergaben sich von selbst, etwa der Tag als Maßeinheit für die
Zeit. Andere waren unabhängig von Ort und Zeit eindeutig, etwa das
Dutzend. Doch wie viel Kleiderstoff jemand bekam, der zehn Ellen
bestellte, war lange keineswegs eindeutig. Der Nobelpreisträger Klaus
von Klitzing, Physikprofessor am Stuttgarter Max-Planck-lnstitut für
Festkörperforschung, hat in Deutschland 44 verschiedene Maße für den Fuß
und 40 für die EIle gefunden - und das war noch vor 200
Jahren. Überregionaler oder gar internationaler Handel war so nur schwer
möglich. Und Physik erst recht.
Am 23. September 1999 erreichte die Raumsonde Mars
Climate Orbiter unseren Nachbarplaneten. Sie schwenkte in eine
Umlaufbahn ein - und meldete sich niemals wieder. Eine
Untersuchungskommission fand heraus, dass ein Computerprogramm falsche
Navigationssignale übermittelt hatte. Der Hersteller des Programms hatte
im englischen Foot und
Pound gerechnet statt
im metrischen System, in Meter und
Kilogramm.
"Wie messe ich Zeit, Länge und Masse mit großer
Genauigkeit, und was hat das mit dem Physiknobelpreis von 1985 zu tun?"
Unter diese Überschrift nahm Klaus von Klitzing die Hörer der Leser-Uni
mit auf ein unterhaltsame Suche "nach dem richtige Maß". Es war eine
Suche über viele Jahrhunderte hinweg. Und es gab für die Zuhörer - so
wie von Klitzing berichtete - viel zu lachen. So haben etwa die alten
Ägypter die Höhe der Steuern danach bemessen, wie hoch das Hochwasser
des Nils ausfiel. Je höher das Wasser, desto besser die Ernte und desto
höher die Steuern. In Deutschland fand von Klitzing, sei das umgekehrt:
Wenn das Wasser hoch stehe, zahle der Staat.
Die Ägypter notierten genau die Wasserstände des Nils. Dabei
entdeckten sie ein Periode von 365 Tagen.
So bestimmten sie mit Hilfe ihres "Nilometers"
die Länge de Jahres: „360 Tage plus fünf Extratage zum Feiern." Im alten
Mexiko rechneten die Maja nicht im Zehnersystem, sondern im
Zwanzigersystem. Ihr Jahr hatte 18 Monate mit je 20 Tagen und einen
Extramonat mit fünf Tagen. Generationen von Menschen haben versucht, die
Mondperiode von 29,5306 Tagen mit der Jahreslänge von 12,3683
Mondmonaten in Einklang zu bringen, bis schließlich in der französischen
Revolution die Zeit sogar in das damals hochmoderne Zehnersystem
gepresst wurde: Für kurze Zeit hatte die Stunde 100 Minuten und der Tag
zehn Stunden.
Für Längenmaße griff man auf den Menschen zurück. Außer Fuß, Elle und
Spanne gab es auch den Abstand zwischen der Nasenspitze und dem Daumen
am ausgestreckten Arm Heinrichs
I. -
das war das englische Yard. Aber schon die
alten Chinesen hatten begriffen, dass solche königlichen Maße zu
Verwirrung führten, spätestens, wenn der nächste König an der Macht war.
Sie erhoben das Reiskorn zum Maß. Von Klitzing hat es ausprobiert: Auch
heute messen hundert Reiskörner nebeneinander 15,8 Zentimeter. Europäer
ersetzten den Reis durch Gerste.
Allmählich ging man dazu über, nicht den Menschen,
sondern die Erde zum Maß zu machen. Seit 1799 gibt es die metrischen
Maße: Der Meter wurde durch den Umfang der Erde definiert und die
Sekunde durch die Drehung der Erde. Das Kilogramm war das Gewicht von
tausend Kubikzentimeter Wasser. Doch heute genügt die Erde nicht mehr
als Maßstab. Von Klitzing: „Die Erde ist ein Wackelpudding." Längst sind
Länge und Zeit durch die Lichtgeschwindigkeit definiert. Nur das
Urkilogramm liegt immer noch in einem
Tresor in Paris, wo es aber zum Schrecken der Forscher immer leichter
wird. Das konnten sie im Vergleich feststellen. Vierzig Kopien des
Urkilogramms liegen an anderen Orten der Erde und verändern sich nicht.
Zurzeit, so von Klitzing, gibt es Bestrebungen, das Kilogramm
indirekt zu definieren, über die Stärke von Kräften. Und diese würde man
dann mit Hilfe des Quanten-Hall-Effekts (Klitzing-Effekts) messen. Auch
der elektrische Widerstand, gemessen in Ohm, wird über die so genannte
Klitzing-Konstante bestimmt. Von Klitzing fand heraus, dass es eine
Naturkonstante gibt, deren Größe 25 812,807 Ohm beträgt. Vielleicht, so
hofft der Nobelpreisträger, würden bis zum Jahre 2011 die wichtigen
Maßeinheiten durch nach heutigem Wissen unveränderliche Naturkonstanten
definiert, wie das Anfang des 20. Jahrhunderts schon. Max Planck
vorgeschlagen hat: die Gravitationskonstante, die elektrische Ladung
eines Elektrons, die Lichtgeschwindigkeit, die plancksche Konstante h
und die Boltzmann-Konstante. Dann, so von Klitzing, seien die
Maßeinheiten einen langen Weg gegangen: vom Menschen über die Erde zum
Universum als Maß aller Dinge. |