DAS STIMMGERÄT ERZEUGT DIE ZEIT

Vor der mechanischen Stabilisierung der Zeit durch die Pendeluhr blieb die gesellschaftliche Zeit weitgehend an variable Dauern gekoppelt. Die Dauer der Helligkeit ändert sich mit den Jahreszeiten: In Paris überschreitet der Sommertag sechzehn Stunden, der Wintertag überschreitet kaum acht. Die römischen liturgischen Stunden teilen diesen variablen Tag in zwölf gleiche Teile, also Stunden, die sich im Laufe des Jahres verlängern und verkürzen. Das Garen einer Mahlzeit, die Dauer eines Gebets, die Zeit, die der Sand braucht, um zu rieseln, die Zeit, die die Kerze braucht, um bis zur Markierung zu brennen: jede Zeitmessung war an ein singuläres materielles Phänomen gekoppelt, das je nach Temperatur, Sandqualität, Flammenhöhe variierte.

Christiaan Huygens entwirft 1656 seine Pendeluhr, konstruiert von Salomon Coster und 1658 im Horologium veröffentlicht. Das Pendel schwingt mit einer Periode, die durch seine Länge und die Schwerkraft geregelt wird, unabhängig von Tag, Jahreszeit, Licht. Die Uhr erzwingt einen regelmäßigen Schlag, eine Sekunde, eine Sekunde, eine Sekunde, losgelöst von den äußeren Phänomenen, die bis dahin die gesellschaftliche Zeit organisierten. Die gemessene Zeit ist nicht mehr an ein variables äußeres Phänomen gekoppelt. Sie wird von einem internen Oszillator der Vorrichtung getaktet.

Die Quarzuhr, 1927 in den Bell Labs von Warren Marrison und J. W. Horton entwickelt, nutzt die Piezoelektrizität eines geschliffenen Kristalls, dessen elektrische Schwingung eine stabile Frequenz liefert. Die späteren Quarzuhren und -armbanduhren werden insbesondere die Frequenz von 32 768 Hz stabilisieren, eine Zweierpotenz, die sich leicht teilen lässt, um eine Sekunde zu erzeugen. Die Atomuhr mit Cäsium 133, 1955 von Louis Essen am National Physical Laboratory entwickelt, zählt die Schwingungen, die mit der Hyperfeinstruktur-Übergang des Cäsiumatoms verbunden sind. Die Sekunde wird anschließend durch 9 192 631 770 Perioden dieser Strahlung definiert. Die besten atomaren Standards machen dann eine Instabilität sichtbar, die die Erdrotation verbarg.

Die Stimmgabel gibt nicht die Uhrzeit an. Sie gibt eine Frequenz an. Aber wenn die Frequenz stabiler wird als das Gestirn, hört sie auf, ein einfacher Schlag zu sein: sie wird zum Träger der Zeit.

Mit jeder Generation wird das Messinstrument stabiler als das Phänomen, das es ursprünglich maß.

Die Umkehrung vollzieht sich zu einem präzisen Moment. 1967 redefiniert die 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht die Sekunde. Vor 1967 ist die Sekunde auf die Erdrotation bezogen, 1/86 400 des mittleren Sonnentages. Nach 1967 wird die Erdrotation auf die Atomsekunde bezogen. Die Erde war der Standard, die Uhren näherten ihn an. Das Cäsium ist der Standard; die Erde wird zur zu korrigierenden Abweichung.

Die Folge ist sofort messbar. Die Atomuhren haben enthüllt, dass die Erdrotation nicht konstant ist. Die Reibung der Gezeiten verlangsamt die Erde um etwa 1,8 Millisekunden pro Jahrhundert. Die inneren Bewegungen des Erdkerns, die saisonalen atmosphärischen Schwankungen, die großen Erdbeben verändern das Trägheitsmoment des Planeten und ändern seine Rotationsgeschwindigkeit auf Zeitskalen vom Tag bis zum Jahrhundert. Nach NASA/JPL-Schätzungen hätte das Sumatra-Erdbeben 2004 den Tag um etwa 6,8 Mikrosekunden verkürzt. Das Tōhoku-Erdbeben 2011 um etwa 1,8 Mikrosekunden.

Um die Abweichung zwischen Atomzeit und Erdrotation aufzuholen, fügt das IERS periodisch eine Schaltsekunde ein, eine zusätzliche Sekunde, die um Mitternacht UTC hinzugefügt wird. Siebenundzwanzig positive Schaltsekunden wurden seit 1972 hinzugefügt, die letzte Ende Dezember 2016. Noch keine negative Schaltsekunde wurde angewandt. Die Erde, die der Standard war, ist zum System geworden, das man korrigiert, um es mit dem Instrument ausgerichtet zu halten, das sie hätte annähern sollen.

Die Schaltsekunde ist das administrative Symptom der metrologischen Umkehrung.

Diese Umkehrung hat sich auf alle Grundeinheiten des Internationalen Systems ausgedehnt. Der Meter, 1799 als zehnmillionster Teil des Viertels des Erdmeridians definiert, dann 1889 durch einen in Sèvres aufbewahrten Platin-Iridium-Standard, wird 1983 als die von Licht im Vakuum während 1/299 792 458 einer Sekunde zurückgelegte Strecke redefiniert. Die Lichtgeschwindigkeit ist keine gemessene Konstante mehr. Sie ist zu einer per Definition gesetzten Konstante geworden, auf genau 299 792 458 m/s festgelegt. Der Meter ist das, was diese Definition kohärent macht.

Das Kilogramm ist seit seiner Redefinition 2019 nicht mehr ein Platin-Iridium-Zylinder, der im Internationalen Büro für Maß und Gewicht aufbewahrt wird. Es ist durch die Planck-Konstante h definiert, auf 6,62607015 × 10⁻³⁴ kg·m²/s festgelegt. Das Kilogramm ist die Einheit, die diese Gleichung operativ macht, gegeben die Definition des Meters und die der Sekunde.

Alle SI-Einheiten sind nunmehr durch fundamentale Konstanten definiert, deren numerischer Wert durch internationale Konvention festgelegt ist. Keine Grundeinheit ist mehr auf ein singuläres materielles Artefakt bezogen. Das Einheitensystem hängt nicht mehr an einem Objekt. Es hängt an einem Netzwerk von Konstanten, Definitionen und Realisierungsvorrichtungen.

Doktrin

Wenn ein Instrument stabiler wird als das Phänomen, das es misst, hört es auf, ein Messwerkzeug zu sein. Es wird zum Bezugssystem, das definiert, was messbar ist. Die Messung absorbiert das Gemessene in die Ordnung des Bezugssystems.

Die Stimmgabel erzeugt die Zeit nicht, weil sie die Dauer erschafft, sondern weil sie den Takt erzwingt, auf den die Phänomene bezogen werden müssen.

Diese Umkehrung ist kein historischer Zufall. Sie ist die normale Trajektorie jedes reifen metrologischen Systems. Die Präzision steigt, bis sie die des ursprünglich als Standard genommenen Phänomens übertrifft. Das ursprüngliche Phänomen wird dann zu einem instabilen System, das das präzisere Instrument in seiner Variabilität enthüllt. Die Messung ändert nicht nur ihre Präzision. Sie ändert ihre Richtung.

Offener Vektor

Das System gründet nicht mehr auf einem einfachen materiellen Außen. Es ist interdefiniert: der Meter hängt von der Sekunde und der Lichtgeschwindigkeit ab. Das Kilogramm hängt vom Meter, der Sekunde und der Planck-Konstante ab. Die Sekunde hängt vom Cäsium-Übergang ab. Das Ganze hält durch die konventionelle Fixierung des numerischen Wertes physikalischer Konstanten.

Wenn ein Einheitensystem nicht mehr an ein äußeres Objekt angelehnt ist, was misst es dann noch?