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Das "Nilometer"
Bericht aus der Stuttgarter Zeitung vom 20.11.2006

Vorwort:

Seit zwei Jahrzehnten gibt es die Wissenschaftsredaktion der Stuttgarter Zeitung. An diesem Jubiläum sollten die Leser in ganz besonderer Weise teilhaben: Zum ersten Mal haben renommierte Wissenschaftler aus dem Land von ihren Forschungsgebieten berichtet.
Knapp 500 Gäste hatten sich im größten Hörsaal der Universität zu dieser Veranstaltung eingefunden.

 

Unterhaltsame Physik: Klaus von Klitzing begeisterte seine Zuhörer mit einer anekdotenreichen Suche nach dem Maß der Dinge.

Foto: Weise-factum

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.