Vom Weizenkorn zur Planck-Konstante: Die Evolution des Messens

Vor 150 Jahren unterschrieben 17 Länder die Meterkonvention – ein globaler Meilenstein. Bis dahin maß jedes Land anders, teils mit Weizen oder Körperteilen. Ein Gastbeitrag.

Am 20. Mai 1875 versammelten sich Delegierte aus 17 Ländern in Paris, um einen Vertrag zu unterzeichnen, der vielleicht der am wenigsten bekannte, aber weltweit einflussreichste der Geschichte ist: die Meterkonvention.

Eine Geschichte der Einheitlichkeit

Zu einer Zeit, in der verschiedene Länder (und sogar verschiedene Städte) Gewichte und Längen auf der Grundlage lokaler Artefakte, königlicher Körperteile oder Weizenkörner definierten, bot diese seltene Vereinbarung zwischen Nationen etwas Einfaches, aber unbestreitbar Wirkungsvolles: Einheitlichkeit.

Die Meterkonvention, eine für ihre Zeit radikale Initiative, schuf schließlich ein Maßsystem, das Sprache, Politik und Tradition überwand und den Grundstein für eine neue globale Ära des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts legte.

Belastende Rivalitäten

Mitte des 19. Jahrhunderts wurde der Druck zur Standardisierung immer größer. Wissenschaftliche Entdeckungen beschleunigten sich, der Welthandel boomte und industrielle Projekte nahmen an Umfang und Komplexität zu. Aber die Maßeinheiten der Welt waren, offen gesagt, ein Chaos. Frankreich hatte in seinen Revolutionsjahren das metrische System eingeführt, aber andere Nationen zögerten oder waren einfach nicht bereit, es zu übernehmen.

Rivalitäten gab es nicht nur zwischen den Imperien, sondern auch innerhalb der Wissenschaft. Astronomen konnten ihre Himmelsbeobachtungen nicht über Grenzen hinweg vergleichen, weil ihre Einheiten nicht übereinstimmten. Ingenieure, die Eisenbahnsysteme quer durch Europa entwarfen, mussten sich mit widersprüchlichen Normen für Spurweiten, Ladungsgewichte und sogar Zeitmessungen auseinandersetzen.

Das war nicht nur ineffizient. Es war auch ein Hindernis für den Fortschritt, eine Belastung für die Volkswirtschaften und eine wachsende Quelle der Frustration für eine wissenschaftliche Welt, die sich um allgemeingültige Wahrheiten bemühte.

Angesichts wachsender gesellschaftlicher Ansprüche war sich die industrielle Welt einig, dass es an der Zeit war zu handeln. Die Meterkonvention war das Ergebnis.

Wissenschaftler und Diplomaten, die die 17 teilnehmenden Länder vertraten, gründeten gemeinsam das Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) mit Sitz außerhalb von Paris als offiziellen Hüter der Messstandards. Heute wird das BIPM von 64 Mitgliedsstaaten unterstützt und verwaltet das Internationale Einheitensystem (SI) – das Maßsystem, auf dem alles von Brücken bis zu Smartphones basiert.

Wenn Standards versagen

Auch wenn das SI-System nach heutigen Maßstäben wie ein Relikt der alten Wissenschaftsbürokratie erscheinen mag, ist es alles andere als das. Standardisierte Messungen sind die unsichtbare Infrastruktur der modernen Welt. Und wenn sie versagen, genauer gesagt, wenn wir sie ignorieren, kann das schwerwiegende Folgen haben.

Nehmen wir den Fall des Gimli-Gleiters. 1983 ging einem Air-Canada-Flug von Montreal nach Edmonton mitten in der Luft der Treibstoff aus. Die Ursache war ein Rechenfehler, der durch eine Verwechslung von metrischen und imperialen Einheiten verursacht wurde: Die Bodencrew hatte den Treibstoff in Pfund statt in Kilogramm gemessen, und die Piloten hatten den Fehler nicht bemerkt.

Das Flugzeug verlor in einer Höhe von 41.000 Fuß (etwa 12.500 Meter für diejenigen, die ihre Nahtoderfahrungen lieber im metrischen System machen) den Antrieb und schwebte sicher zu einem verlassenen Flugplatz in Gimli, Manitoba.

Oder nehmen wir den Mars Climate Orbiter, ein 327 Millionen US-Dollar teures Raumschiff der NASA, das 1999 beim Eintritt in die Marsatmosphäre zerbrach. Die Ingenieure von Lockheed Martin hatten imperiale Einheiten verwendet, während die Nasa vom metrischen System ausgegangen war. Diese Diskrepanz führte zu einem kritischen Navigationsfehler und zum Scheitern der Mission, was die Bedeutung der Konsistenz von Messungen auch weit außerhalb der Erdatmosphäre unterstreicht.

Die Ausfälle des Gimli-Gleiters und des Mars-Orbiters zeigen, was passiert, wenn die Konsistenz zusammenbricht, aber sie sind mehr als nur warnende Geschichten. Sie offenbaren, wie sehr das moderne Leben von der gemeinsamen Sprache der Messung abhängt und wie leicht dieses Fundament Risse bekommen kann.

Darin liegt das Genie der Meterkonvention. Sie hat ein System geschaffen, das es der Welt ermöglicht, mit den gleichen Begriffen zu kommunizieren. Wenn jemand "Kilogramm", "Sekunde" oder "Volt" sagt, gibt es keine Zweideutigkeiten. Dieses gemeinsame Verständnis macht die globale Zusammenarbeit erst möglich.

Von künstlichen Objekten zu universellen Konstanten

Doch wie es sich für Wissenschaftler gehört, werden gute Ideen verfeinert und Standards weiterentwickelt. Für einen Großteil seiner Geschichte nach der Meterkonvention wurde das Kilogramm durch ein physisches Artefakt definiert – ein Stück Platin-Iridium-Legierung, das in einem Tresor in Frankreich aufbewahrt wurde.

Doch 2019 hat sich das geändert. Seither wird das Kilogramm durch die Planck-Konstante definiert, eine fundamentale Eigenschaft des Universums. Diese Änderung war der letzte Schritt auf einer langen Reise: Jede Basiseinheit im SI ist nun in der Natur verwurzelt und nicht mehr in willkürlichen menschlichen Artefakten.

Dieser Wechsel war nicht nur symbolisch, sondern notwendig. Unsere Fähigkeit, Zeit, Masse und Entfernung mit extremer Genauigkeit zu messen, beeinflusst nahezu jeden Aspekt des modernen Lebens.

GPS-Signale basieren auf Zeitmessungen, die auf eine Milliardstel Sekunde genau sind. Quantencomputer und Teilchenbeschleuniger benötigen Kalibrierungen auf unvorstellbar kleinen Skalen. Selbst die Wettervorhersage hängt von standardisierten Messungen von Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit ab.

Gemeinsame Standards in einer geteilten Welt

Doch das vielleicht am meisten unterschätzte Vermächtnis der Meterkonvention ist ihre Rolle bei der Vertrauensbildung über Grenzen hinweg.

In einer Zeit, in der Fehlinformationen schnell verbreitet werden und selbst grundlegende Fakten umstritten sind, bieten internationale Standards eine gemeinsame Grundlage, auf die sich Wissenschaftler, Regierungen und Industrie verlassen können. Es ist eine Form der globalen Zusammenarbeit, die seit 150 Jahren stillschweigend funktioniert.

Besonders deutlich wird diese Zusammenarbeit in Zeiten politischer Spannungen. Obwohl die Vereinigten Staaten scheinbar unnachgiebig an Fuß und Zoll festhalten, verlassen sich amerikanische Wissenschaftler, Ingenieure und Hersteller stark auf das metrische System, insbesondere wenn sie über Grenzen hinweg zusammenarbeiten.

Wenn die Spannungen zwischen engen Verbündeten wie den USA und Kanada zunehmen, bleiben metrische Standards ein beständiger Punkt der Harmonie. Die beiden Länder mögen sich auf diplomatischer Ebene streiten, aber wenn es darum geht, ein Auto in Windsor mit Teilen aus Detroit zusammenzubauen, passen die Schrauben immer noch.

Ausblick

Wie alle Institutionen spiegeln BIPM und SI die Zeit wider, in der sie gegründet wurden. Die ersten Unterzeichner waren fast ausschließlich Kolonialmächte. Es dauerte fast ein Jahrhundert, bis andere Nationen einen gleichberechtigten Platz am Verhandlungstisch erhielten, und selbst heute ist der Zugang zu den Instrumenten und der Infrastruktur, die die Präzisionsmetrologie – die Kunst des hochgenauen Messens – ermöglichen, nach wie vor ungleich.

Wenn die nächsten 150 Jahre der Meterkonvention ebenso erfolgreich sein sollen wie die ersten 150 Jahre, müssen eine größere Inklusivität und Zugänglichkeit im Mittelpunkt ihrer Mission stehen. Wir leben in einer Welt, die von Dezimalstellen, Toleranzen und vereinbarten Konstanten zusammengehalten wird, die Flugzeuge in der Luft halten, Brücken vor dem Einsturz bewahren und den wissenschaftlichen Fortschritt auf Kurs halten.

Die Meterkonvention erinnert uns daran, dass Wissenschaft nicht nur aus großen Durchbrüchen und kühnen Ideen besteht. Manchmal geht es auch um den Konsens und die Verständigung darüber, was ein Meter eigentlich ist.

Und auch nach 150 Jahren ist die einfache Idee, sich darauf zu einigen, wie die Welt zu vermessen ist, eine der größten Errungenschaften der Menschheit. Was machen wir also mit diesem Jubiläum? Vielleicht eine Party mit metrisch inspirierten Cocktails (darf ich einen 100 ml Old Fashioned vorschlagen?). Zumindest sollten wir einen Moment innehalten und darüber nachdenken, wie wichtig Messungen sind und wie leicht sie übersehen werden.