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Sekunde

Heutige Definition

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. Mit der Revision des SI im Jahr 2019 durch die 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht wurde der genaue Wortlaut der Definition geändert, inhaltlich blieb die Definition der Sekunde jedoch bestehen.

Δ ν C s = 9 192 631 770 H z {\displaystyle \Delta \nu _{\mathrm {Cs} }=9\,192\,631\,770\;\mathrm {Hz} }

daraus folgt

1 s = 9 192 631 770 Δ ν C s {\displaystyle 1\;\mathrm {s} ={\frac {9\,192\,631\,770}{\Delta \nu _{\mathrm {Cs} }}}}

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 Präzision wurde seit der oben angegebenen Definition um mehr als vier Zehnerpotenzen auf 10−16 gesteigert.

Frühere Definitionen

Solange 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.

Bis 1967 beruhte die Sekunde auf astronomischen Messungen:

  • Sonnensekunde (bis in die 1950er Jahre): Der Bruchteil186 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. (Der Sonnentag ist ca. 4 Minuten länger als die Rotationsdauer der Erde, weil sich die Erde während des Tages um die Sonne bewegt und es daher etwas länger dauert, bis ein Punkt auf der Erde wieder zur Sonne gerichtet ist.)
  • Ephemeridensekunde: Der Bruchteil131 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. Die Ephimeridensekunde wurde 1956 vom Internationalen Komitee für Maß und Gewicht (CIPM) als Sekunde definiert.

Zukünftige Entwicklungen

Die Präzision, mit der die Sekunde realisiert werden kann (Stand 2018: ca. 10−16), begrenzt die erreichbare Genauigkeit von Zeitmessungen in der Einheit „Sekunde“. Mittlerweile sind Uhren entwickelt worden, die nicht auf Caesium-Atomen basieren und um bis zu zwei Größenordnungen präziser sind. Mit solchen Uhren als primärer Referenz ließen sich noch genauere Zeitmessungen erreichen. Voraussetzung dafür wäre natürlich eine Umdefinition der Maßeinheit.

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 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 größere Zeiteinheiten sind Minute, Stunde und Tag üblich und in der Europäischen Union und der Schweiz 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.

Von der Sekunde abgeleitet sind die Einheiten „Hertz“ (1 Hz = 1 s−1) für periodische Ereignisse und „Becquerel“ (1 Bq = 1 s−1) für (Radio-)Aktivität.

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 fast zweieinhalb Mal so lang.

Eine Sekunde kann hexagesimal in sechzig kleine Zeiteinheiten, die Tertien, unterteilt werden. Dies ist aber völlig ungebräuchlich.

Wiktionary: Sekunde – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • BIPM, abgerufen am 2. August 2019 (englisch). Wortlaut der Definition der Sekunde
  • Physikalisch-Technische Bundesanstalt: Auf: ptb.de.
  • Physikalisch-Technische Bundesanstalt: Auf: ptb.de.
  • Physikalisch-Technische Bundesanstalt: Auf: ptb.de. Sonderheft der PTB-Mitteilungen (PDF; 2,44 MB), darin u. a.:
    Johannes Graf: Die zweite Teilung der Stunde. Zur Geschichte der Sekunde.
    Andreas Bauch: Atomare Definition der Zeiteinheit 1967–2017.
  1. 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,
  2. Schweizerische Physikalische Gesellschaft: Auf: sps.ch.
  3. Bureau International des Poids et Mesures, 1967, abgerufen am 9. August 2021 (englisch).
  4. In: bipm.org. Bureau International des Poids et Mesures, abgerufen am 12. April 2021 (englisch, französisch).
  5. Bureau International des Poids et Mesures, 2018, abgerufen am 12. April 2021 (englisch).
  6. Die offizielle deutsche Übersetzung der Definition lautet: „Die Sekunde, Einheitenzeichen s, ist die SI-Einheit der Zeit. Sie ist definiert, indem für die Cäsiumfrequenz ΔνCs, der Frequenz des ungestörten Hyperfeinübergangs des Grundzustands des Cäsiumatoms 133, der Zahlenwert9 192 631 770 festgelegt wird, ausgedrückt in der Einheit Hz, die gleich s−1 ist.“ (PDF; 1,3 MB) PTB, abgerufen am 31. Oktober 2019.
  7. , 1967, Seite 56 (französisch) – hier wird die Präzision von Caesium-Atomuhren mit ca. 10−12 beziffert.
  8. , 2018, Seite 70 (französisch) und Seite 347 (englisch), abgerufen am 7. Okt. 2020: „Die heutigen ultrastabilen, lasergekühlten Caesiumuhren haben eine Genauigkeit von ca. 10−16. (...) mittlerweise übertreffen optische Uhren die Atomuhren mit gekühlten Caesium-Fontänen um zwei Größenordnungen. Dies könnte in der Zukunft zu einer möglichen Neudefinition der Sekunde führen.“ (inoffizielle Übersetzung)
  9. Bureau International des Poids et Mesures, 1960, abgerufen am 12. April 2021 (englisch).
  10. Bureau International des Poids et Mesures, 2019,S. 1, abgerufen am 12. April 2021 (englisch, französisch).
  11. 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).
Normdaten (Sachbegriff): GND:(, )

Sekunde
sekunde, basiseinheit, zeit, sprache, beobachten, bearbeiten, titel, dieses, artikels, mehrdeutig, weitere, bedeutungen, sind, unter, begriffsklärung, aufgeführt, physikalische, einheiteinheitenname, einheitenzeichen, displaystyle, mathrm, physikalische, größe. Sekunde SI Basiseinheit der Zeit Sprache Beobachten Bearbeiten Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig Weitere Bedeutungen sind unter Sekunde Begriffsklarung aufgefuhrt Physikalische EinheitEinheitenname SekundeEinheitenzeichen s displaystyle mathrm s Physikalische Grosse n Zeit ZeitspanneFormelzeichen t displaystyle t Dimension T displaystyle mathsf T System Internationales Einheitensystem CGS Einheitensystem Technisches MasssystemIn SI Einheiten BasiseinheitIn CGS Einheiten BasiseinheitBenannt nach lateinisch pars minuta secunda zweiter verminderter Teil Siehe auch Jahr Monat Tag Stunde Minute Tertie Die Sekunde Einheitenzeichen s ist die SI Basiseinheit der Zeit Sie ist etwa einen Herzschlag lang Ruhepuls eines Erwachsenen Zehn Sekunden dargestellt mit einer Langzeitbelichtung einer Armbanduhr Die Unterteilung der Stunde in 60 Minuten zu je 60 Sekunden findet sich bereits um das Jahr 1000 in einer Schrift von al Biruni 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 Inhaltsverzeichnis 1 Definition 1 1 Heutige Definition 1 2 Fruhere Definitionen 1 3 Zukunftige Entwicklungen 2 Mit der Sekunde zusammenhangende Einheiten 3 Trivia 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseDefinition BearbeitenHeutige Definition Bearbeiten 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 133Cs 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 D n C s 9 192 631 770 H z displaystyle Delta nu mathrm Cs 9 192 631 770 mathrm Hz daraus folgt 1 s 9 192 631 770 D n C s displaystyle 1 mathrm s frac 9 192 631 770 Delta nu mathrm Cs Definitionsgemass ist die Sekunde also das Vielfache 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 Messung dieses Ubergangs Ihre Prazision wurde seit der oben angegebenen Definition um mehr als vier Zehnerpotenzen 7 auf 10 16 gesteigert 8 Fruhere Definitionen Bearbeiten 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 Zukunftige Entwicklungen Bearbeiten 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 Mit solchen Uhren als primarer Referenz liessen sich noch genauere Zeitmessungen erreichen Voraussetzung dafur ware naturlich eine Umdefinition der Masseinheit 8 11 Mit der Sekunde zusammenhangende Einheiten BearbeitenDie Einheit Sekunde ist mit verschiedenen Vorsatzen fur Masseinheiten SI Prafixe in Verwendung beispielsweise Prafix Schreibweise Bezeichnung Dezimal1 fs Femtosekunde 0 000 000 000 000 001 s1 ps Pikosekunde 0 000 000 000 001 s1 ns Nanosekunde 0 000 000 001 s1 µs Mikrosekunde 0 000 001 s1 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 Trivia BearbeitenMit 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 Weblinks Bearbeiten Wiktionary Sekunde Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen unit of time second BIPM abgerufen am 2 August 2019 englisch Wortlaut der Definition der Sekunde Physikalisch Technische Bundesanstalt Die Sekundendefinition von 1967 Auf ptb de Physikalisch Technische Bundesanstalt 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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 DnCs 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 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 SI EinheitenSI Basiseinheiten Sekunde Meter Kilogramm Ampere Kelvin Mol CandelaAbgeleitete SI Einheiten mit besonderem Namen Radiant Steradiant Hertz Newton Pascal Joule Watt Coulomb Volt Farad Ohm Siemens Weber Tesla Henry Grad Celsius Lumen Lux Becquerel Gray Sievert KatalZum Gebrauch mit dem SI zugelassene Einheiten Minute Stunde Tag Astronomische Einheit Winkelgrad Winkelminute 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