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1946 Uhrzeit aufs Atom genau

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1946 Uhrzeit aufs Atom genau

Seit 60 Jahren gibt es keinen Grund mehr, warum man zu spät kommen könnte: 1946 wurde die erste extrem genaue Atomuhr vorgestellt. Moderne Fassungen gehen in 30 Millionen Jahren nur eine Sekunde falsch. Wie man mit Atomen Zeit messen kann und warum das so genau ist, erfahrt ihr hier ...

Erfunden hat die Atom-Uhr der amerikanische Physiker William Frank Libby. Libby wurde am 17. Dezember 1908 in den USA geboren. Während des zweiten Weltkrieges arbeitete er an der Entwicklung der Atombombe, dem so genannten Manhattan-Projekt, mit.

Libby forschte auch an radioaktiven Elementen. Er entwickelte die so genannte Radiokarbon-Methode, mit der man das Alter von archäologischen Fundstücken bestimmen kann. Libby beschäftigte sich außerdem intensiv mit Atomen und Radioaktivität. Dabei kam er auf die Idee, mit Hilfe von Atomen eine extrem genaue Uhr zu konstruieren.

Wie funktioniert eine Uhr?

Im Prinzip braucht man dazu einen Taktgeber und ein Zählwerk. Das Zählwerk zeigt die Uhrzeit an. Es können zwei Zeiger sein oder eine Digitalanzeige. Der Taktgeber gibt dem Zählwerk das Signal, wann ein bestimmter Zeitabschnitt, etwa eine Sekunde, vorbei ist.

Die Uhr geht umso genauer, je schneller der Taktgeber arbeitet. Denn dann kann man den Zeitraum eine Sekunde viel genauer unterteilen. Ein Pendel etwa hat eine Frequenz von einem Hertz: pro Sekunde schwingt es einmal. Weil ein Pendel mechanisch arbeitet, schleichen sich schnell Ungenauigkeiten ein.

In Armbanduhren befindet sich ein Quarz, der 32768 Mal pro Sekunde ein Signal aussendet. Damit kann man schon viel genauere Uhren bauen, als mit einem Pendel.

Wie kann man aus Atomen eine Uhr bauen?

Auch Atome können als kleine Uhrpendel, also Taktgeber, verwendet werden. Atome bestehen aus einem Atomkern und Elektronen, die ihn umkreisen. Weil sie sehr schnell umeinander sausen und elektrisch geladen sind, üben Kern und Elektronen aufeinander magnetische Kräfte aus: man sagt, sie wechselwirken.

Eine bestimmte Wechselwirkung findet bei radioaktiven Cäsium-Atomen sehr oft pro Sekunde statt, nämlich 9192631770 Mal pro Sekunde. Das ist viel öfter als bei der Quarzuhr am Armband. Deshalb kann man mit Atomen sehr genaue Uhren bauen. Sehr genau heißt: Die neuesten Atomuhren gehen in 30 Millionen Jahren um eine Sekunde falsch.

Wozu braucht man so genaue Uhren?

In der Wissenschaft und Forschung ist man auf exakte Zeitmessung angewiesen. Moderne physikalische Experimente, etwa in Teilchenbeschleunigern müssen extrem kurze Zeiträume im Nanosekundenbereich (eine Milliardstel Sekunde) messen. Auch Experimente, die die Relativitätstheorie von Einstein betreffen, brauchen extrem genaue Uhren.

Besonders wichtig sind exakte Uhren für die weltweite Kommunikation und Navigation. Ein Navigationssystem im Auto zum Beispiel erhält mit Lichtgeschwindigkeit (300000 km/s) je ein Zeitsignal von drei Satelliten.

Weil man sich nicht exakt in der Mitte der drei Satelliten befindet, brauchen die Signale von den Satelliten unterschiedlich lang zum Empfänger im Auto. Aus den winzigen Zeitunterschieden wird dann die Position errechnet. Exakte Uhren sind also wichtig für Wirtschaft und Verkehr.

Der Erfinder William Frank Libby erhielt für seine vielfältigen Arbeiten 1960 den Nobelpreis für Chemie. Er starb am 8. September 1980 in Los Angeles.

Wenn dich das Phänomen der Zeit oder das Wunder der Materie interessiert, dann wirf doch auch einmal einen Blick in unseren WAS IST WAS-Band 79: Moderne Physik.

Text: -jj- 6.12.2006//Bilder: Satellit & Uhr-Grafik: NASA/PD; Pendeluhr: Wolfgang Pribitzer/GFDL

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