Jetzt ist es amtlich. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt genau 299.762.458 Meter pro Sekunde. Es gibt keine Zweideutigkeit, keinen dieser „Fehlerbalken“, mit denen Wissenschaftler die Unsicherheiten angeben, die jeder Messung innewohnen. Der Wert dieser fundamentalen Naturkonstante wurde willkürlich durch internationales Recht festgelegt.

Mit der Annahme eines festen Wertes für die Lichtgeschwindigkeit versucht die Generalkonferenz für Maße und Gewichte jedoch nicht, der Natur zuvorzukommen. Stattdessen gab sie der Welt am 20. Oktober einen genaueren Längenstandard an die Hand, bei dem das Meter nun von der Farbe eines Laserstrahls mit Hilfe der vereinbarten Lichtgeschwindigkeit abgeleitet wird.

Damit hat die Konferenz einen großen Schritt zur Vereinfachung unseres Systems von Gewichten und Maßen getan, so dass zumindest einige der grundlegenden Einheiten direkt auf der Zeit basieren.

Das Meter ist nun offiziell definiert als die Entfernung, die Licht im Vakuum in der unglaublich kurzen Zeitspanne von einer Sekunde zurücklegt, geteilt durch 299.762.458. Somit sind die Längeneinheiten, die zur Beschreibung der Höhe eines Berges oder der Länge Ihres Unterarms verwendet werden, direkt an die Sekunde gebunden. Eines Tages wird vielleicht auch das Kilogramm auf der Zeit basieren.

Astronomen sind seit langem daran gewöhnt, die Zeit zur Definition einer Längeneinheit mit Hilfe der Lichtgeschwindigkeit zu verwenden. Das Lichtjahr, mit dem sie die Entfernung zu einem Stern angeben, ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Dies gilt jedoch nicht für die üblichen Basiseinheiten (wie Meter, Kilogramm, Sekunde oder Ampere), die aufgrund internationaler Vereinbarungen allen anderen Maßsystemen zugrunde liegen. Sogar das Lichtjahr bezieht sich letztlich auf das Standardmeter.

Bislang war dieser Standard im Grunde eine Länge. Früher war es buchstäblich der Abstand zwischen zwei Markierungen auf einem Platin-Iridium-Balken, der vom Internationalen Büro für Maße und Gewichte in Paris geführt wurde. Bis 1960 war dieses Maß jedoch viel zu grob für die Präzisionsmessungen von Physikern und Astronomen geworden. Daher wurde das Meter neu definiert als 1 650 763,73 Wellenlängen des orange-roten Lichts, das von einer Krypton-86-Lampe ausgesendet wird (Krypton-86 ist eine von mehreren Formen dieses Elements). Nun ist auch diese Norm für die Bedürfnisse der Wissenschaft zu ungenau geworden.

Dieses Streben nach immer größerer Präzision hat die Metrologen dazu veranlasst, die Längeneinheit auf die Sekunde zu gründen, statt auf eine tatsächliche physikalische Entfernung. Der Hauptgrund dafür ist, dass die Sekunde die genaueste aller Basiseinheiten ist“, erklärt Kenneth W. Evenson vom US National Bureau of Standards (NBS). Sie kann mit einer Genauigkeit von mehr als einem Teil in 10.000 Milliarden gemessen werden. Das Krypton-Messgerät war auf etwa 4 Teile in einer Milliarde genau.

Das Schlüsselwerkzeug, um das Messgerät mit der Sekunde zu verbinden, ist der Laser. Die Wellenlänge des Lichts steht in einem mathematischen Verhältnis zu seiner Frequenz – die Wellenlänge ist einfach die Lichtgeschwindigkeit geteilt durch die Frequenz. Und die Frequenz, sagt Evenson, kann 1.000 bis 10.000 Mal so genau gemessen werden wie die Wellenlänge.

Ein Laser liefert die Art von reiner, stabiler Lichtquelle, die für diese Präzisionsarbeit benötigt wird. Mit Hilfe eines Spiegels kann dieses Licht dann dazu gebracht werden, mit sich selbst zu interagieren, um ein charakteristisches Muster aus hellen und dunklen Linien zu erzeugen, das als Streifen bezeichnet wird. Die Abstände dieser Streifen stehen in direktem Zusammenhang mit der Wellenlänge des Lichts. Und da die Wellenlänge genau aus der Frequenz des Lichts berechnet wird, muss ein Messtechniker nur die entsprechende Anzahl von Streifen – also die entsprechende Anzahl von Wellenlängen – zählen, um ein Standardmessgerät auszulegen, erklärt Evenson.

Da die Messung der Frequenz direkt mit der Messung der Zeit verknüpft ist, ist die Genauigkeit der Frequenzmessung und damit die Präzision des Standardmessgeräts nun direkt mit der Präzision der Atomuhr verknüpft, dem genauesten aller derzeitigen Standards für Gewichte und Maße.

Die Arbeit von Evenson und seinen Kollegen im NBS-Labor in Boulder, Colo, haben dazu beigetragen, dass die Generalkonferenz für Maße und Gewichte die neue Definition des Meters angenommen hat. Schon jetzt, so Evenson, ist das Standardmessgerät 10-mal genauer als zu der Zeit, als es noch auf der Wellenlänge von Kryptonlicht basierte. Er fügt hinzu, dass es nicht schwer sein dürfte, eine weitere Verzehnfachung der Genauigkeit zu erreichen.

Aber was ist mit anderen Einheiten? Ist es realistisch, zu versuchen, das Kilogramm auf Zeitmessungen zu stützen, nachdem dies für das Meter bereits geschehen ist? Evenson sagt, er könne sich nicht vorstellen, wie man dies für Temperaturgrade oder Stromstärken tun könnte. Aber er sagt, dass es möglich sein könnte, dies für das Kilogramm zu tun, indem man den Abstand zwischen den Atomen in Siliziumkristallen misst. Wenn die Anzahl der Atome in einem Standardvolumen eines solchen Kristalls genau gemessen werden könnte, wäre dies eine Möglichkeit, die Masse (d. h. das Kilogramm) über die Länge zu definieren. Mit dem Meter und dem Kilogramm, die an die Sekunde gekoppelt sind, könnte man die Anzahl der Basiseinheiten in Bezug auf die Sekunde ziemlich gut reduzieren“, so Evenson

.