Wenn Sie auch an 1/60 einer Minute oder 1/3600 einer Stunde gedacht haben, liegen Sie zwar nicht falsch, sind aber vermutlich kein Naturwissenschaftler. Zusammen mit dem Deutschen Uhrenmuseum machen wir einen Exkurs in die Physik und in die Geschichte.
Wir beginnen mit dem, was hier nicht gemeint ist. Zum Beispiel gibt es die Sekunde auch in der Musik, und zwar als Intervall, also Abstand zwischen zwei Tönen, in kleiner und grosser Ausführung. Eine kleine Sekunde, einen Halbtonschritt, hört man in den ersten zwei Noten von „Für Elise“, eine grosse Sekunde – zwei Halbtonschritte – am Anfang von „Der Mond ist aufgegangen“.
Für das Funktionieren unserer vernetzten und zunehmend digitalisierten Welt ist es wesentlich, dass die Zeit genau bestimmt wird. Ob beim Bezahlen mit der Karte oder dem Verschicken von Chatnachrichten: Im Hintergrund muss das System die Uhrzeit kennen, und das auf winzige Sekundenbruchteile genau. Das ist eine grosse Veränderung gegenüber früheren Jahrhunderten.
Zwölf Sonnenstunden
Seit der Antike wurde der Tag in Europa in zwölf Stunden aufgeteilt, wobei der Tag als die Zeit zwischen Sonnenauf- und Sonnenuntergang verstanden wurde. Erst im Mittelalter dachten Gelehrte darüber nach, dass Stunden in kleinere Abschnitte geteilt werden könnten. Allerdings gab es keine Uhren, die genau genug waren. Im Alltag war eine minuten- oder gar sekundengenaue Zeiteinteilung auch gar nicht nötig.
Erst im späten 17. Jahrhundert gewannen Minuten und Sekunden als Masseinheiten an Bedeutung. Im Lateinischen wurde „pars minuta“, wörtlich ein „verminderter Teil“, für den sechzigsten Bruchteil einer Stunde verwendet. Mit zunehmender Genauigkeit bei der Messung konnte man auch diese Zeiten weiter einteilen, bekam also den zweifach verminderten Teil („pars minuta secunda“), den wir heute in der deutschen Sekunde wiederfinden. Als Nicht-Naturwissenschaftler des 21. Jahrhunderts kann man intuitiv immer noch dieser Einteilung folgen, nur dass wir nicht mehr von Sonnenstunden ausgehen, sondern die Stunde von unserer Uhr oder einem Bildschirm ablesen.
Zeit der Quarzuhr
In den 1930er Jahren wurde die Quarzuhr erfunden. Diese hochpräzise Maschine lief genauer, als die Erde sich um sich selbst dreht – das war bis anhin die Referenzgrösse für die tägliche Zeitbestimmung, die sich nicht mehr auf den Stand der Sonne stützte. Deshalb musste eine neue Definition her, die die Sekunde naturwissenschaftlich exakt beschrieb. Sie kam im Jahr 1967, als es bereits erste Atomuhren gab. Verbreitet waren (und sind bis heute) Atomuhren, bei denen die Übergänge zwischen den Energieniveaus von Atomen des Elements Caesium gemessen werden. Dieser Übergang findet statt, wenn die Caesium-Atome einer Mikrowellenstrahlung von genau 9‘192‘631‘770 Hertz ausgesetzt werden. Oder umgekehrt gesagt: Eine Sekunde ist die Zeitspanne, in der genau diese Anzahl an Schwingungen gemessen wird.
Wer das schon erstaunlich findet, kann noch weiter staunen. Denn seit den 60er Jahren ist die Genauigkeit bei der Messung der Sekunde um weit mehr als das 100‘000fache gewachsen. Wer mehr wissen will, kann sich beim Eidgenössischen Institut für Metrologie (Metas) informieren. Es ist zuständig für die exakte Zeitmessung, die die Wirtschaft, Forschung und Verwaltung brauchen. Doch wir lassen diese Zahlen für heute in den Händen der Physiker, wo sie gut aufgehoben sind. red
Titelbild: Gipsmodell einer antiken Hohlflächensonnenuhr, Ch. A. Sediq, Ettenheim, 1992.
