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Sekunde

SI-Basiseinheit der Zeit
(Weitergeleitet von Pikosekunde)
Physikalische Einheit
Einheitenname Sekunde
Einheitenzeichen
Physikalische Größe(n) Zeit, Zeitspanne
Formelzeichen
Dimension
System Internationales Einheitensystem, CGS-Einheitensystem
In SI-Einheiten Basiseinheit
In CGS-Einheiten Basiseinheit
Benannt nach lateinisch pars minuta secunda ‚zweiter verminderter Teil‘
Siehe auch: Jahr, Monat, Tag, Stunde, Minute, Tertie
Zehn Sekunden dargestellt mit einer Langzeitbelichtung einer Armbanduhr

Die Sekunde ist die Basiseinheit der Zeit im internationalen Einheitensystem (SI).[1] Sie ist etwa einen Herzschlag lang (Ruhepuls eines Erwachsenen).

Die Unterteilung der Stunde in 60 Minuten zu je 60 Sekunden findet sich bereits um das Jahr 1000 in einer Schrift von al-Biruni.[2] Als Secunda von lateinisch pars minuta secunda (‚zweiter verminderter Teil‘) ist sie seit dem 13. Jahrhundert bekannt. Im Jahre 1585 konstruierte Jost Bürgi erstmals eine Uhr mit Sekundenzeiger.[3]

DefinitionBearbeiten

Seit 1967 ist eine Sekunde das 9 192 631 770-fache der Periodendauer der Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entspricht.[1] Mit der Neudefinition des SI im Jahr 2019 durch die 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht[4] wurde der genaue Wortlaut der Definition geändert,[5] inhaltlich blieb die Definition der Sekunde jedoch bestehen.

 

daraus folgt

 

Definitionsgemäß ist die Sekunde also das Vielfache der Periode einer Mikrowelle, die mit einem ausgewählten Niveauübergang im Caesium­atom in Resonanz ist. Daher wird sie als Atomsekunde bezeichnet. Atomuhren basieren auf der Messung dieses Übergangs. Ihre Genauigkeit wurde seit der oben angegebenen Definition um mehr als vier Zehnerpotenzen auf 10−15 gesteigert.

Frühere DefinitionenBearbeiten

So lange man von einer gleichmäßigen Erdrotation ausging, war die Sekunde der sechzigste Teil einer Minute des in 24 Stunden zu 60 Minuten eingeteilten Tages.

Um 1885 stellte Karl Friedrich Küstner (Bonner Sternwarte) fest, dass die Rotationsachse der Erde eine Polbewegung von 5 bis 10 Meter durchführt. 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 verändert. 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 Ausräumung eigener Bedenken publizierten sie die Ergebnisse 1935 und präzisierten sie durch die von ihnen entwickelte Quarzuhr. Ab etwa 1950 wurde klar, dass die laufend verbesserten Quarzuhren ein besseres Zeitnormal wären als die Erdrotation. Die astronomische Tageslänge vergrößert sich nicht nur allmählich wegen der Gezeitenreibung, sondern zeigt auch unregelmäßige Änderungen durch Magma­ströme zwischen Erdmantel und Erdkern. Durch die Verlangsamung der Erdrotation verschiebt sich der Sonnentag gegenüber einem völlig gleichmäßigen Zeitmaß. Zur Kompensation muss alle zwei bis fünf Jahre eine Schaltsekunde eingefügt werden, um alle Uhren mit dem um einige Sekundenbruchteile länger werdenden Sonnentag zu synchronisieren (siehe die Zeitkorrektion dUT1).

Bis 1967 beruhte die Sekunde auf astronomischen Messungen:

  • Sonnensekunde (bis in die 1950er Jahre): Der Bruchteil 186 400 des mittleren Sonnentages.
    Diese Festlegung wurde eingeführt, 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.
    • Beachte: Dieser mittlere Sonnentag ist um 1365-stel länger als die wirkliche Umdrehungsdauer der Erde von 86 164,091 Sekunden. Die Differenz spiegelt die jährliche Erdbahn um die Sonne wider, denn unsere Uhrzeit richtet sich nach dem Sonnenstand und nicht nach den Sternen.
  • Ephemeridensekunde: Der Bruchteil 131 556 925,9747 des tropischen Jahres am 0. Januar 1900 (= 31. Dezember 1899) um 12 Uhr UT. Er bezieht sich auf das damalige Verhältnis zwischen Jahresdauer und Erdrotation.

Mit der Sekunde zusammenhängende EinheitenBearbeiten

Die Einheit Sekunde ist mit verschiedenen Vorsätzen für Maßeinheiten (SI-Präfixe) in Verwendung, beispielsweise:

Präfix-Schreibweise Bezeichnung Dezimal
1 fs Femtosekunde 0,000 000 000 000 001 s
1 ps Picosekunde 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
1 s Sekunde 1 s

Als größere Zeiteinheiten sind Minute, Stunde und Tag üblich und in Deutschland gesetzliche Maßeinheiten. Vergrößernde SI-Vorsätze wie „Megasekunde“ (= 1 000 000 s = 11 Tage 13 h 46 min 40 s) sind zwar zulässig, aber sehr unüblich.

Eine Sekunde kann außerdem noch in sechzig kleine Zeiteinheiten, die Tertien unterteilt werden. Dies ist heute aber ungebräuchlich.

TriviaBearbeiten

Mit Einführung des französischen 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 gegenüber 86 400 Sekunden herkömmlicher Bestimmung. Für die kleinste Zeiteinheit war diese Dezimalzeit von unmerklicher Auswirkung, da sie lediglich um etwa 15 % kürzer war. Die Auswirkungen auf die beiden nächsthöheren Zeiteinheiten waren deutlich stärker. Die Dezimalminute war fast eineinhalb Mal so lang, die Dezimalstunde sogar fast zweieinhalb Mal länger.

WeblinksBearbeiten

 Wiktionary: Sekunde – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. a b Bureau International des Poids et Mesures (Hrsg.): The International System of Units (SI). 9. ed. (PDF), die so genannte SI-Broschüre.
  2. C. E. Sachau: The chronology of ancient nations. An English version of the Arabic text of the Athâr-ul-Bâkiya of Albîrûnî, or “Vestiges of the Past”. London 1879, S. 147–149.
  3. Schweizerische Physikalische Gesellschaft: Jost Bürgi erfand nicht nur die Sekunde. Auf: sps.ch.
  4. 26th CGPM (2018) - Resolutions adopted / Résolutions adoptées. (PDF; 1,2 MB) Versailles 13–16 novembre 2018. In: bipm.org. Bureau International des Poids et Mesures, 19. November 2018, S. 2–5, abgerufen am 6. Mai 2019 (englisch, französisch).
  5. Die Definition in der englischen Version der SI-Broschüre (9. ed.) lautet: “The second, symbol s, is the SI unit of time. It is defined by taking the fixed numerical value of the caesium frequency ∆νCs, the unperturbed ground-state hyperfine transition frequency of the caesium 133 atom, to be 9 192 631 770 when expressed in the unit Hz, which is equal to s−1.”