Die
Sekunde
(
Einheitenzeichen
:
s
) ist die
SI
-
Basiseinheit
der
Zeit
. Die Unterteilung der
Stunde
in 60
Minuten
zu je 60 Sekunden findet sich bereits um das Jahr 1000 in einer Schrift von
al-B?r?n?
.
[1]
Als
Secunda
von
lateinisch
pars minuta secunda
(?zweiter verminderter Teil‘) ist sie seit dem 13. Jahrhundert bekannt. Im Jahre 1585 konstruierte
Jost Burgi
erstmals eine Uhr mit Sekundenzeiger.
[2]
Seit 1967 ist eine Sekunde das 9.192.631.770-fache der
Periodendauer
der
Strahlung
, die dem Ubergang zwischen den beiden
Hyperfeinstrukturniveaus
des
Grundzustandes
von
Atomen
des
Nuklids
133
Cs
entspricht.
[3]
[4]
Mit der
Revision des SI im Jahr 2019
durch die 26.
Generalkonferenz fur Maß und Gewicht
[5]
wurde der genaue Wortlaut der Definition geandert,
[6]
inhaltlich blieb die Definition der Sekunde jedoch bestehen.
- (exakt)
daraus folgt
Definitionsgemaß ist die Sekunde also ein bestimmtes ganzzahliges Vielfaches der Periode einer
Mikrowelle
, die mit einem ausgewahlten Niveauubergang im
Caesium
atom in
Resonanz
ist. Daher wird sie als
Atomsekunde
bezeichnet.
Atomuhren
basieren auf der Beobachtung dieses Ubergangs. Ihre
Prazision
wurde seit 1967 noch um mehr als vier Zehnerpotenzen
[7]
auf 10
?16
gesteigert.
[8]
Solange man von einer gleichmaßigen
Erdrotation
ausging, war die Sekunde der sechzigste Teil einer Minute des in 24 Stunden zu 60 Minuten eingeteilten Tages.
Um 1885 stellte
Karl Friedrich Kustner
(Bonner Sternwarte) fest, dass die Rotationsachse der Erde eine
Polbewegung
von 5 bis 10 Meter durchfuhrt. Genauer wurde dies von
Richard Schumann
(
TU Wien
) und
Seth Carlo Chandler
(
Harvard
) analysiert und war der erste Hinweis darauf, dass sich auch die
Rotationsdauer
selbst verandert. Man konnte es aber mit den damals besten Uhren (Abweichung 0,05 Sekunden pro Tag) noch nicht nachweisen.
Dies gelang erst
Adolf Scheibe
und
Udo Adelsberger
1934 an der
Physikalisch-Technischen Reichsanstalt
. Nach Ausraumung eigener Bedenken publizierten sie die Ergebnisse 1935 und prazisierten sie durch die von ihnen entwickelte
Quarzuhr
. Ab etwa 1950 wurde klar, dass die laufend verbesserten Quarzuhren ein besseres
Zeitnormal
waren als die Erdrotation. Die
astronomische Tageslange
vergroßert sich nicht nur allmahlich wegen der
Gezeitenreibung
, sondern zeigt auch unregelmaßige Anderungen durch
Magma
strome zwischen
Erdmantel
und
Erdkern
. Durch die Verlangsamung der Erdrotation verschiebt sich der Sonnentag gegenuber einem vollig gleichmaßigen Zeitmaß. Zur Kompensation muss alle zwei bis funf Jahre eine
Schaltsekunde
eingefugt werden, um alle Uhren mit dem um einige Sekundenbruchteile langer werdenden Sonnentag zu synchronisieren.
Bis 1967 beruhte die Sekunde auf astronomischen Messungen:
- Sonnensekunde
(bis in die 1950er Jahre): Der Bruchteil
1
⁄
86 400
des mittleren
Sonnentages
. Diese Festlegung wurde eingefuhrt, damit ein durchschnittlicher Sonnentag 24 · 60 · 60 Sekunden lang ist. Das entspricht der Zeit, nach der eine fiktive
mittlere Sonne
wieder an gleicher Stelle steht. (Der Sonnentag ist ca. 4 Minuten langer als die Rotationsdauer der Erde, weil sich die Erde wahrend des Tages um die Sonne bewegt und es daher etwas langer dauert, bis ein Punkt auf der Erde wieder zur Sonne gerichtet ist.)
- Ephemeridensekunde
: Der Bruchteil
1
⁄
31 556 925,9747
des
tropischen Jahres
am 0. Januar 1900 (= 31. Dezember 1899) um 12 Uhr
UT
. Er bezieht sich auf das damalige Verhaltnis zwischen Jahresdauer und
Erdrotation
. Die Ephimeridensekunde wurde 1956 vom
Internationalen Komitee fur Maß und Gewicht (CIPM)
als Sekunde definiert.
[4]
[9]
Die
Prazision
, mit der die Sekunde realisiert werden kann (Stand 2018: ca. 10
?16
),
[8]
begrenzt die erreichbare Genauigkeit von Zeitmessungen in der Einheit ?Sekunde“.
[10]
Mittlerweile sind Uhren entwickelt worden, die nicht auf Caesium-Atomen basieren und um bis zu zwei
Großenordnungen
praziser sind.
[8]
[11]
Mit solchen Uhren als primarer Referenz ließen sich noch genauere Zeitmessungen erreichen. Voraussetzung dafur ware eine Umdefinition der Maßeinheit.
[12]
Dies konnte 2030 geschehen.
[11]
Die Einheit Sekunde ist mit verschiedenen
Vorsatzen fur Maßeinheiten
(
SI-Prafixe
) in Verwendung, beispielsweise:
Prafix-Schreibweise
|
Bezeichnung
|
Dezimal
|
1 zs
|
Zeptosekunde
|
0,000 000 000 000 000 000 001 s
|
1 as
|
Attosekunde
|
0,000 000 000 000 000 001 s
|
1 fs
|
Femtosekunde
|
0,000 000 000 000 001 s
|
1 ps
|
Pikosekunde
|
0,000 000 000 001 s
|
1 ns
|
Nanosekunde
|
0,000 000 001 s
|
1 μs
|
Mikrosekunde
|
0,000 001 s
|
1 ms
|
Millisekunde
|
0,001 s
|
Als großere Zeiteinheiten sind
Minute
,
Stunde
und
Tag
ublich und in der Europaischen Union und der Schweiz
gesetzliche Maßeinheiten
. Vergroßernde SI-Vorsatze wie ?Megasekunde“ (= 1 000 000 s = 11 Tage 13 h 46 min 40 s) sind zwar zulassig, aber sehr unublich.
Von der Sekunde abgeleitet sind die Einheiten ?
Hertz
“ (1 Hz = 1 s
?1
) fur periodische Ereignisse und ?
Becquerel
“ (1 Bq = 1 s
?1
) fur (Radio-)
Aktivitat
.
Mit Einfuhrung des
franzosischen Revolutionskalenders
1792 wurde der Versuch unternommen, die Einteilung eines Tages auf das
Dezimalsystem
umzustellen. Ein Tag wurde in zehn Stunden geteilt, eine Stunde in einhundert Minuten und eine Minute in einhundert Sekunden. Demnach hatte ein Tag 100 000 Sekunden gegenuber 86 400 Sekunden herkommlicher Bestimmung. Fur die kleinste Zeiteinheit war diese
Dezimalzeit
von unmerklicher Auswirkung, da sie lediglich um etwa 15 % kurzer war. Die Auswirkungen auf die beiden nachsthoheren Zeiteinheiten waren deutlich starker. Die Dezimalminute war fast eineinhalb Mal so lang, die Dezimalstunde fast zweieinhalb Mal so lang.
Eine Sekunde kann
hexagesimal
in sechzig kleine Zeiteinheiten, die
Tertien
, unterteilt werden. Dies ist aber vollig ungebrauchlich.
- ↑
C. E. Sachau:
The chronology of ancient nations. An English version of the Arabic text of the Athar-ul-Bakiya of
Albiruni
, or “Vestiges of the Past”.
London 1879,
S. 147?149.
- ↑
Schweizerische Physikalische Gesellschaft:
Jost Burgi erfand nicht nur die Sekunde.
(
Memento
vom 11. Oktober 2014 im
Internet Archive
)
Auf:
sps.ch.
- ↑
Resolution 1 of the 13th CGPM. SI unit of time (second).
Bureau International des Poids et Mesures
, 1967,
abgerufen am 9. August 2021
(englisch).
- ↑
a
b
SI Brochure: The International System of Units (SI), 9. ed.
In:
bipm.org.
Bureau International des Poids et Mesures
,
abgerufen am 12. April 2021
(englisch, franzosisch).
- ↑
Resolution 1 of the 26th CGPM. On the revision of the International System of Units (SI).
Bureau International des Poids et Mesures
, 2018,
abgerufen am 12. April 2021
(englisch).
- ↑
Die offizielle deutsche Ubersetzung der Definition lautet: ?Die Sekunde, Einheitenzeichen s, ist die SI-Einheit der Zeit. Sie ist definiert, indem fur die Casiumfrequenz Δν
Cs
, der Frequenz des ungestorten Hyperfeinubergangs des Grundzustands des Casiumatoms 133, der Zahlenwert
9 192 631 770
festgelegt wird, ausgedruckt in der Einheit Hz, die gleich s
?1
ist.“
Neue Definitionen im Internationalen Einheitensystem (SI).
(PDF; 1,3 MB)
PTB
,
abgerufen am 31. Oktober 2019
.
- ↑
Tagungsbericht der 13. Generalkonferenz fur Maß und Gewicht
, 1967, Seite 56 (franzosisch) ? hier wird die Prazision von Caesium-Atomuhren mit ca. 10
?12
beziffert.
- ↑
a
b
c
Tagungsbericht der 26. Generalkonferenz fur Maß und Gewicht
, 2018, Seite 70 (franzosisch) und Seite 347 (englisch), abgerufen am 7. Okt. 2020:
?Die heutigen ultrastabilen, lasergekuhlten Caesiumuhren haben eine Genauigkeit von ca. 10
?16
. (...) mittlerweise ubertreffen
optische Uhren
die Atomuhren mit gekuhlten Caesium-Fontanen um zwei Großenordnungen. Dies konnte in der Zukunft zu einer moglichen Neudefinition der Sekunde fuhren.“
(inoffizielle Ubersetzung)
- ↑
Resolution 9 of the 11th CGPM. Definition of the unit of time (second).
Bureau International des Poids et Mesures
, 1960,
abgerufen am 12. April 2021
(englisch).
- ↑
SI-Broschure 9. Auflage (2019), Anhang 4, Teil 1.
Bureau International des Poids et Mesures
, 2019,
S. 1
,
abgerufen am 12. April 2021
(englisch, franzosisch).
- ↑
a
b
Resolution 5 of the 27th CGPM. On the future redefinition of the second.
Bureau International des Poids et Mesures
, 2022,
abgerufen am 10. Dezember 2022
(englisch, franzosisch).
- ↑
Consulting Committee for Units (CCU), Report of the 22nd meeting.
Kapitel 11.1: Conditions and timeline for the redefinition of the second.
Bureau International des Poids et Mesures
, 16. Juni 2016,
abgerufen am 6. Juni 2021
(englisch).