Maßsysteme und ihre Bedeutung
Moderne Messsysteme kommen mit hochgenauen und präzisen Instrumenten, sie bieten eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten, sind robust und zuverlässig. Kurz gesagt: Moderne Messsysteme bilden den Gipfel der heutigen Technik. Doch manchmal sollte man sich auch Gedanken darüber machen, was all dem zugrunde liegt. Genau deshalb wollen wir Ihnen in diesem Blogpost mehr über die absolute Grundlage der Messtechnik erzählen: Maßsysteme, auch bekannt als Einheitensysteme.
Eine kurze Geschichte des Messens – das metrische Maßsystem
Messen und Maßsysteme sind keine Erfindungen der Neuzeit, schon in den frühen Tagen der Menschheit waren sie ein Teil des Alltags. Um Güter zu handeln, Häuser zu bauen oder auch einfach nur zur Angabe von Reisezeiten, benötigte man ein Einheitensystem. Eines der frühesten Einheitensysteme führte das alte Arabien ein. So war ein Maß für die Länge der Finger oder die Handfläche. Eine Person war z.B. 20 Handflächen groß.
Doch diese Art des Messens hatte ein Problem: Es war keine Einheitlichkeit gegeben. Jemand der besonders kleine Handflächen hatte, konnte mit einem 50 Handflächen hohen Haus prahlen, während jemand mit großen Handflächen für dasselbe Haus nur 40 Handflächen messen würde. Auch das Handeln zwischen verschiedenen Stämmen und Völkern wurde zum Problem. Nicht nur hatte jede Person verschieden große Handfläche, verschiedene Völker verwendeten auch ganz andere Maßeinheiten wie Fuß oder Stadien statt Handflächen.
Um dieses Problem endgültig zu lösen, führte man 1799 das metrische System in ganz Frankreich ein. Das metrische System basiert auf der Grundeinheit Meter, welche damals als ein 10-Millionstel der Distanz Nordpol-Äquator definiert wurde. Mit der Französischen Revolution wurde das metrische System schlussendlich zum Standard, auch weit außerhalb von Frankreich.
Der internationale Standard – das SI-System
Bis heute hat sich das metrische System in fast allen Ländern durchgesetzt. Doch im Laufe der Zeit wurde das metrische System erweitert und verbessert. So führte man 1889 das MKS-Maßsystem ein, welches die Basiseinheiten Meter, Kilogramm und Sekunde einheitlich definierte.
Man bemerkte aber bald, dass sich vor allem elektrische, thermische und optische Größen nur schwierig mit dem MKS-Maßsystem beschreiben ließen. Daher führte man zusätzlich noch die Einheiten Ampere (Stromstärke), Kelvin (Temperatur) und Candela (Lichtstärke) ein. Als letztes kam noch die Einheit der Stoffmenge, das Mol, hinzu. Diese sieben Basiseinheiten bilden das sogenannte SI-System (französisch: Système International d’Unités), welches das heute am weitesten verbreitete Einheitensystem darstellt.
Das SI-System mit den sieben Basiseinheiten
Doch auch das SI-System hatte bis vor kurzem noch ein Problem: Alle Einheiten waren Anhand von realen, veränderlichen Objekten definiert. Der Meter war, wie erwähnt, als ein 10-Millionstel der Distanz Nordpol-Äquator definiert. Doch im Lauf der Geschichte veränderte sich der genaue Wert dieser Distanz immer wieder, vor allem durch immer genauere Messungen. Sollte man also jedes Mal die Länge eines Meters neu festlegen oder diese sogar mit einem Messfehler versehen?
Um dieses Problem zu lösen, werden seit 2018 alle SI-Einheiten in Form von unveränderlichen Naturkonstanten neudefiniert. Der Meter wurde beispielsweise über die konstante Lichtgeschwindigkeit im Vakuum definiert.
Das Imperiale- und Customary-Maßsystem
Nicht überall konnte sich das metrische System und speziell das SI-System durchsetzen, so beispielsweise im angloamerikanischen Raum. In den USA werden heute noch die Customary Units genutzt, in Großbritannien des Öfteren die Imperial Units. Beide Maßsysteme beinhaltet unter anderem Einheiten wie Zoll, Fuß, Pfund oder Unze und unterscheiden sich nur in Details voneinander.
Einen einheitlichen Satz von Basiseinheiten, wie beispielsweise im SI-System gibt es bei den Imperial und Customary Units jedoch nicht. So wurde das Imperiale System 1824 als Maßsystem für den Handel eingeführt. Dies bedeutet, dass auch Maßeinheiten für Temperatur oder Stromstärke in diesen Einheitensystemen fehlen, da jene keine Relevanz für den Handel hatten. Erst später wurde das Konzept von Basiseinheiten (z.B. Meter) und daraus abgeleiteten Einheiten (z.B. Quadratmeter) eingeführt. Dennoch sind zumindest heute die Einheiten Zoll und Pfund relativ zu den SI-Einheiten Meter und Kilogramm definiert.
Die Imperial und Customary Units sind aber nicht die einzigen heute gebräuchlichen Maßsysteme außerhalb des SI-Systems. Grade im wissenschaftlichen Bereich haben sich Einheitensysteme etabliert, in welchen Naturkonstanten den Zahlenwert Eins haben. Diese nennt man Natürliche Einheitensysteme.
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