Who decides how long a second is? - John Kitching

Übersetzung: Natalie Solbach

In 1967, researchers from around the world

1967 versammelten sich Forscher aus der ganzen Welt,

gathered to answer a long-running scientific question—

um eine seit langem bestehende wissenschaftliche Frage zu beantworten:

just how long is a second?

Wie lang genau ist eine Sekunde?

It might seem obvious at first.

Auf den ersten Blick mag es offensichtlich wirken.

A second is the tick of a clock,

Eine Sekunde ist das Ticken einer Uhr,

the swing of a pendulum, the time it takes to count to one.

das Schwingen eines Pendels, die Zeit, die man braucht, um bis eins zu zählen.

But how precise are those measurements?

Aber wie genau sind diese Maße?

What is that length based on?

Worauf basiert diese Länge?

And how can we scientifically define this fundamental unit of time?

Und wie können wir diese grundlegende Zeiteinheit wissenschaftlich definieren?

For most of human history, ancient civilizations

Den Großteil der Geschichte über maßen antike Zivilisationen die Zeit

measured time with unique calendars

mit Hilfe einzigartiger Kalender,

that tracked the steady march of the night sky.

die sich am stetigen Lauf des Nachthimmels orientierten.

In fact, the second as we know it wasn’t introduced until the late 1500’s,

Tatsächlich wurde die Sekunde, wie wir sie kennen,

erst Ende des 16. Jahrhunderts eingeführt,

when the Gregorian calendar began to spread across the globe

als sich der Gregorianische Kalender zusammen mit dem britischen Kolonialismus

alongside British colonialism.

auf der ganzen Welt verbreitete.

The Gregorian calendar defined a day as a single revolution of the Earth

Der Gregorianische Kalender definierte einen Tag

als eine einzige Umdrehung der Erde um ihre Achse.

about its axis.

Each day could be divided into 24 hours, each hour into 60 minutes,

Jeder Tag konnte in 24 Stunden, jede Stunde in 60 Minuten

and each minute into 60 seconds.

und jede Minute in 60 Sekunden unterteilt werden.

However, when it was first defined,

Als sie erstmals definiert wurde, war die Sekunde jedoch

the second was more of a mathematical idea than a useful unit of time.

eher eine mathematische Idee als eine nützliche Zeiteinheit.

Measuring days and hours was sufficient for most tasks in pastoral communities.

Die Messung von Tagen und Stunden

war für die meisten Aufgaben in ländlichen Gemeinden ausreichend.

It wasn’t until society became interconnected

Erst als die Gesellschaft

durch schnell fahrende Eisenbahnen miteinander vernetzt wurde,

through fast-moving railways that cities needed to agree on exact timekeeping.

mussten sich die Städte auf eine genaue Zeitmessung einigen.

By the 1950’s, numerous global systems required every second

Ab den 1950ern machten es zahlreiche globale Systeme notwendig,

to be perfectly accounted for, with as much precision as possible.

jede Sekunde so genau wie möglich zu erfassen.

And what could be more precise than the atomic scale?

Und was könnte genauer sein als die atomare Skala?

As early as 1955, researchers began to develop atomic clocks,

Bereits 1955 begannen Forscher mit der Entwicklung von Atomuhren,

which relied on the unchanging laws of physics

die auf den unveränderlichen Gesetzen der Physik basierten,

to establish a new foundation for timekeeping.

um eine neue Grundlage für die Zeitmessung zu schaffen.

An atom consists of negatively charged electrons

Ein Atom besteht aus negativ geladenen Elektronen,

orbiting a positively charged nucleus at a consistent frequency.

die einen positiv geladenen Kern mit gleichbleibender Frequenz umkreisen.

The laws of quantum mechanics keep these electrons in place,

Die Gesetze der Quantenmechanik halten diese Elektronen an Ort und Stelle,

but if you expose an atom to an electromagnetic field

aber wenn man ein Atom einem elektromagnetischen Feld

such as light or radio waves,

wie Licht oder Radiowellen aussetzt,

you can slightly disturb an electron’s orientation.

kann man die Ausrichtung eines Elektrons ein wenig verändern.

And if you briefly tweak an electron at just the right frequency,

Und wenn man genau die richtige Frequenz erwischt,

you can create a vibration that resembles a ticking pendulum.

kann man eine Schwingung erzeugen, die einem tickenden Pendel ähnelt.

Unlike regular pendulums that quickly lose energy, electrons can tick for centuries.

Im Gegensatz zu normalen Pendeln, die schnell an Energie verlieren,

können Elektronen jahrhundertelang „ticken“.

To maintain consistency and make ticks easier to measure,

Für mehr Beständigkeit und um das Ticken besser messbar zu machen,

researchers vaporize the atoms,

verdampfen die Forscher die Atome und versetzen sie so

converting them to a less interactive and volatile state.

in einen weniger wechselwirkenden und flüchtigen Zustand.

Dieser Prozess verlangsamt jedoch nicht das erstaunlich schnelle Ticken des Atoms.

But this process doesn’t slow down the atom’s remarkably fast ticking.

Some atoms can oscillate over nine billion times per second,

Manche Atome können über neun Milliarden Mal pro Sekunde schwingen,

giving atomic clocks an unparalleled resolution for measuring time.

was Atomuhren eine beispiellose Auflösung für die Zeitmessung verleiht.

And since every atom of a given elemental isotope is identical,

Und da jedes Atom eines bestimmten elementaren Isotops gleich ist,

two researchers using the same element and the same electromagnetic wave

sollten Forscher mit demselben Element und derselben elektromagnetischen Welle

should produce perfectly consistent clocks.

völlig gleich laufende Uhren herstellen können.

But before timekeeping could go fully atomic,

Doch bevor die Zeitmessung vollständig atomar werden konnte,

countries had to decide which atom would work best.

mussten die Länder entscheiden, welches Atom am besten funktionierte.

This was the discussion in 1967,

Darüber wurde 1967

at the Thirteenth General Conference of the International Committee

auf der Dreizehnten Generalkonferenz des Internationalen Komitees

for Weights and Measures.

für Maß und Gewicht diskutiert.

There are 118 elements on the periodic table,

Es gibt 118 Elemente im Periodensystem,

each with their own unique properties.

jedes mit einzigartigen Eigenschaften.

For this task, the researchers were looking for several things.

Für diese Aufgabe hielten die Forscher nach verschiedenen Qualitäten Ausschau.

The element needed to have long-lived

Für eine präzise, langfristige Zeitmessung musste das Element

and high frequency electron oscillation for precise, long-term timekeeping.

eine langlebige und hochfrequente Elektronenoszillation aufweisen.

Um diese Schwingung einfach nachverfolgen zu können,

To easily track this oscillation,

it also needed to have a reliably measurable quantum spin—

musste es außerdem über einen zuverlässig messbaren Quantenspin --

meaning the orientation of the axis about which the electron rotates—

damit ist die Ausrichtung der Achse gemeint, um die sich das Elektron dreht --

as well as a simple energy level structure—

sowie über ein einfach strukturiertes Energieniveau verfügen,

meaning the active electrons are few and their state is simple to identify.

was bedeutet, dass es nur wenige aktive Elektronen gibt

und ihr Zustand leicht zu identifizieren ist.

Finally, it needed to be easy to vaporize.

Und schließlich musste es leicht zu verdampfen sein.

The winning atom? Cesium-133.

Das siegreiche Atom? Cäsium-133.

Cesium was already a popular element for atomic clock research,

Cäsium war bereits ein beliebtes Element in der Forschung rund um Atomuhren

and by 1968, some cesium clocks were even commercially available.

und 1968 waren einige Cäsium-Uhren sogar im Handel erhältlich.

All that was left was to determine how many ticks of a cesium atom

Es blieb nur noch zu bestimmen, wie viele Schwingungen eines Cäsiumatoms

were in a second.

eine Sekunde umfasste.

The conference used the most precise astronomical measurement

Für die Konferenz wurde die genaueste astronomische Sekundenmessung verwendet,

of a second available at the time—

die es zu diesem Zeitpunkt gab --

beginning with the number of days in a year and dividing down.

ausgehend von der Anzahl der Tage pro Jahr rechnete man herunter.

When compared to the atom’s ticking rate,

Durch den Vergleich mit der Schwingfrequenz des Atoms

the results formally defined one second

wurde eine Sekunde formal

as exactly 9,192,631,770 ticks of a cesium-133 atom.

als exakt 9.192.631.770 Schwingungen eines Cäsium-133-Atoms definiert.

Today, atomic clocks are used all over the Earth— and beyond it.

Heute werden Atomuhren auf der ganzen Erde genutzt -- und darüber hinaus.

From radio signal transmitters to satellites

Von Funksignalsendern bis hin zu Satelliten

for global positioning systems,

für globale Ortungssysteme

these devices have been synchronized

wurden alle Geräte synchronisiert,

to help us maintain a globally consistent time—

um weltweit eine einheitliche Zeit aufrechtzuerhalten --

with precision that’s second to none.

mit einer Präzision, die ihresgleichen sucht.