Picometer

Einheit
Norm	SI-Einheitensystem
Einheitenname	Meter
Einheitenzeichen	m
Beschriebene Größe(n)	Länge; Breite; Höhe, Tiefe; Dicke, Schichtdicke; Radius, Abstand; Durchmesser
Größensymbol(e)	l, s, b, h, d, r etc.
Dimensionsname	Länge
Dimensionssymbol	L
In SI-Einheiten	SI-Basiseinheit
In CGS-Einheiten	1 m = 102 cm
In Planck-Einheiten	1 m = 6,3·1034
Benannt nach	griech. métron, Maß

Der oder das Meter^[1] ist die SI-Basiseinheit der Länge. Das Einheitenzeichen des Meters ist der Kleinbuchstabe  „m“. Für dezimale Vielfache und Teile des Meters gelten die internationalen Vorsätze für Maßeinheiten.

Die Bezeichnung Meter leitet sich vom griechischen Wort μέτρον (métron) für „Maß“ ab.

Geschichtliches zur Festlegung des Meters

Der heutigen Definition des Meters gingen einige Vorschläge für die Definition einer universellen Längeneinheit voraus, die nicht – wie vorher oft üblich – von der Länge menschlicher Gliedmaßen (Fuß, Elle) abgeleitet war. So schlug der Abt Jean Picard 1668 als Längeneinheit das Sekundenpendel vor – also die Länge eines Pendels, das eine halbe Periodendauer von einer Sekunde hat. Im Schwerefeld von Europa hätte ein solches Pendel die Länge von etwa 0,994 m und käme der heutigen Definition eines Meters ziemlich nahe. Der Begriff Meter für diese Längeneinheit wurde bereits 1675 von Tito Livio Burattini verwendet. Er bezeichnete die Länge des Sekundenpendels als Metro Cattolico (allgemeines Maß; „Cattolico“ hier in der griechischen Grundbedeutung von καθολικος, das Ganze betreffend, allgemeingültig).

Internationaler Meterprototyp, Standardbarren aus Platin-Iridium, der Standard bis 1960. (NIST)

Maßgebend für eine internationale Längeneinheit wurde jedoch nicht das Sekundenpendel, sondern die Erdfigur. 1735 entsandte die Pariser Akademie zwei Expeditionen zur Gradmessung nach Peru und Lappland, um die genauen Abmessungen der Erde festzustellen. Im Jahr 1793 setzte der französische Nationalkonvent – neben einem neuen Kalender – auch ein neues Längenmaß fest: Der Meter sollte den 10-millionsten Teil des Erdquadranten auf dem Meridian von Paris betragen – also den zehnmillionsten Teil der Entfernung vom Pol zum Äquator. Ein Prototyp dieses Meters wurde 1795 in Messing gegossen. Er erwies sich später als außerordentlich genau – gemessen am gesteckten Ziel war er nur 0,013 % oder 0,13 Millimeter zu lang.

Zwischen 1792 und 1799 bestimmten Delambre und Méchain die Länge des Meridianbogens zwischen Dünkirchen und Barcelona. Aus einer Kombination mit den Peru-Lappland-Resultaten ergab sich ein neuer Wert, der 1799 für verbindlich erklärt und als ein Platinstab, den Urmeter realisiert wurde. Im 19. Jahrhundert kamen allerdings genauere Vermessungen der Erde zum Ergebnis, dass der Urmeter etwa 0,02 % zu kurz geraten war. Dennoch wurde an dem 1799 definierten Meter festgehalten – mit dem Ergebnis, dass der Erdmeridianquadrant nicht 10.000, sondern 10.001,966 km lang ist. Der Meter richtete sich nicht mehr nach der Vermessung der Erde, sondern entsprach nun – bis 1960 – der Länge eines konkreten Gegenstands. Alle späteren Definitionen hatten nur das Ziel, die Länge des Urmeters präziser zu realisieren, nicht aber, sie zu ändern.

Dies gilt zunächst für den 1889 vom BIPM eingeführten neuen internationalen Meterprototypen, einem Stab mit kreuzförmigem Querschnitt aus einer Platin-Iridium-Legierung im Verhältnis 90:10. Ein Meter wurde festgelegt als der Abstand der Mittelstriche zweier Strichgruppen bei einer Temperatur von 0 °C. Kopien dieses Meterprototyps wurden an die Eichinstitute in vielen Ländern vergeben.

Obgleich bei der Herstellung des Meterprototyps größter Wert auf Haltbarkeit und Unveränderbarkeit gelegt worden war, war doch klar, dass er grundsätzlich vergänglich ist. Auch gab es keine einfache Möglichkeit, die Übereinstimmung der verwendeten Längeneinheit mit dem Urmeter in einem beliebigen physikalischen Labor sofort zu überprüfen.

Um dem Abhilfe zu schaffen, wurde 1960 festgelegt: Ein Meter ist das 1.650.763,73-fache der Wellenlänge der von Atomen des Nuklids ⁸⁶Kr beim Übergang vom Zustand 5d₅ zum Zustand 2p₁₀ ausgesandten, sich im Vakuum ausbreitenden Strahlung. Das Verständnis dieser Definition setzt Kenntnisse in Atomphysik voraus. Waren diese und die nötige Ausrüstung vorhanden, so konnte die Länge von einem Meter damit aber an jeder beliebigen Stelle des Weltalls reproduziert werden. Der Zahlenwert (1.650.763,73) wurde dabei so gewählt, dass das Ergebnis dem bis 1960 gültigen Meter mit denkbar größter Genauigkeit entsprach.

Aktuelle Definition

Nachdem die Definition der Sekunde (SI-Einheit der Zeit) als atomares Zeitnormal gelang, und wegen der extrem großen Bedeutung der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c₀) für die Physik, ging man auf der 17. Generalkonferenz für Maße und Gewichte am 20. Oktober 1983^[2] einen neuen Weg. Man legte die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auf 299.792.458 m/s fest und definierte demzufolge 1 Meter als „die Strecke, die das Licht im Vakuum in einer Zeit von 1 / 299.792.458 Sekunde zurücklegt“. Statt auf einer aufzubewahrenden Maßverkörperung („Prototyp“ wie beim Kilogramm) beruht die Definition des Meters auf einer Zeitmessung.

Die Festlegung von c₀ auf diesen Wert wurde schon 8 Jahre früher, nämlich auf der 15. CGPM 1975, empfohlen. Davor betrug der (nach CODATA 1973) allgemein empfohlene Schätzwert c₀ = 299.792.458,0 (1,2) m/s und war demnach mit einer relativen Standardabweichung von 4·10⁻⁹ behaftet. Der Schätzwert der Länge, die das Licht im Vakuum in einer Sekunde zurücklegt, wurde auf ganze Meter gerundet und fixiert.

Beispiele für die Verwendung des Meters

Vergleiche für Vielfache und Teile der Einheit

Schematische Darstellung des Atoms zur Veranschaulichung von Femtometer und Ångström. Nicht maßstäblich.

Bezeichnung	Einheit	Meter	Bemerkung
Kilometer	km	103 m = 1.000 m	Entfernungen im Straßen- und Schienenverkehr werden SI-konform üblicherweise in Kilometer angegeben.
Dezimeter	dm	10-1 m = 0,1 m	Anfang des 20. Jahrhunderts findet sich die Bezeichnung „Neuzoll“ als Synonym für Dezimeter.
Zentimeter	cm	10-2 m = 0,01 m	Der Zentimeter ist die cgs-Einheit der Länge. Siehe auch: Zoll.
Millimeter	mm	10-3 m = 0,001 m	Anfang des 20. Jahrhunderts findet sich die Bezeichnung „Strich“ als Synonym für Millimeter. In technischen Zeichnungen bedeuten Längen- und Durchmesserangaben ohne Angabe der Einheit meist Millimeter.
Mikrometer	µm	10-6 m = 0,000.001 m	Menschenhaardurchmesser, Kinderflaum: 40 µm; feines Haar: 60 µm; normales Haar: 60-80 µm; dickes Haar: über 80 µm, Auflösung menschliches Auge: ca. 100 µm. Veraltete Bezeichnung: Mikron. Entspricht einem Tausendstel Millimeter.
Nanometer	nm	10-9 m	Ein Nanometer entspricht in einem Stück Metall ungefähr einer Strecke von vier benachbarten Atomen oder ist ungefähr 70.000 mal dünner als ein menschliches Haar (durchschnittliche Haardicke ~ 70 µm entspricht 70.000 nm). Die kleinsten mit einem herkömmlichen Lichtmikroskop erkennbaren Strukturen sind etwa 200–500 nm groß. Zur Untersuchung von Strukturen unterhalb dieser Größe verwendet man zumeist Rasterelektronenmikroskope, Rastertunnelmikroskope, Rasterkraftmikroskope. Mit der STED-Mikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie sind mittlerweile auch Auflösungen bis hin zu 20 nm erreicht worden. Siehe auch: Nanotechnologie
Pikometer	pm	10-12 m	Das Wasserstoffatom hat als kleinste atomare Einheit einen Atomradius von 37 pm. Große Atome besitzen Radien von über 200 pm. 100 pm entsprechen einem Ångström. Die Wellenlänge von Gammastrahlung wird in pm angegeben.
Femtometer	fm	10-15 m	Früher auch Fermi genannt nach dem italienischen Physiker Enrico Fermi. Atomkernradien werden in Femtometern angegeben (Größenordnung: 10 fm). Protonen und Neutronen haben einen Durchmesser von etwa 1,6 fm. Das Fermi ist in Deutschland keine gesetzliche Einheit im Messwesen.

Im Alltag sind die Einheiten Kilometer, Meter, Zentimeter und Millimeter am gebräuchlichsten.

Selten gebrauchte Vielfache

Alte Grenze Österreich – Italien in Pontebba

Das Dekameter wird in der Meteorologie für Höhenangaben verwendet und ist der Namensgeber für die im Kurzwellenfunk üblichen Dekameterwellen. Anfang des 20. Jahrhunderts findet sich die Bezeichnung „Kette“ als Synonym für Dekameter.
In Hektometer werden oft die Waffenreichweiten (Schussweite) im Artilleriewesen gemessen. Die Abteilungszeichen der Eisenbahn werden auch Hektometertafeln bzw. -steine genannt.
Myriameter (entspricht 10.000 m) wurden zum Beispiel im sächsischen Eisenbahnbau und zur Kilometrierung des Rheins verwendet. Sowohl am Rhein wie etwa auch an der inzwischen stillgelegten Trasse der Windbergbahn finden sich noch Myriametersteine. In Deutschland war der Myriameter niemals eine gesetzliche Einheit, in Frankreich war der Vorsatz myria bis ca. 1960 genormt. An der alten österreichisch-italienischen Grenze in Pontebba steht noch ein Myriameterstein mit der Entfernungsangabe IX 3/10 Myriameter von Klagenfurt sowie XII 1/4 Meilen von Klagenfurt (entspricht österr.-ungar. Postmeilen).

Literatur

Johannes Hoppe-Blank: Vom metrischen System zum Internationalen Einheitensystem. Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bericht PTB-ATWD-5, Braunschweig 1975

Anmerkungen

1. ↑ In der Schweiz nur der Meter; nach DIN-Norm DIN 1301-1:2002-10 nur das Meter
2. ↑ „New York Times” vom 1. November 1983

Weblinks

• Das Meter - Definition - Realisierung - Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

SI-Basiseinheiten

Meter | Kilogramm | Sekunde | Ampere | Kelvin | Mol | Candela