Alle Wissenschaft basiert auf Berechnungen und Messungen. Von der Länge einer kovalenten Bindung über die Lichtgeschwindigkeit bis hin zur LD50 (mittlere tödliche Dosis) eines Schadstoffs – Messungen sind ein wesentlicher Bestandteil unseres Handelns. Während heute fast jeder das internationale Einheitensystem verwendet, war es nicht immer so einfach.
SI-Einheiten bilden die Grundlage fast aller gebräuchlichen wissenschaftlichen Einheiten, und um die Konsistenz zu maximieren, wurden diese so verfeinert, dass sie ausschließlich auf Naturkonstanten basieren.
Ein Satz von sieben Einheiten umfasst die SI-Basiseinheiten und von diesen können viele andere konsistent abgeleitet werden. Diese Basiseinheiten sind:
Zusammen ergeben diese 22 abgeleitete SI-Einheiten mit eindeutigen Namen und Symbolen (wie Hertz, Watt und Grad Celsius) und über 50 abgeleitete Größen aus einer Kombination von SI und benannten abgeleiteten Einheiten.
Die Wissenschaft versucht immer, die physische Welt genauer zu verfeinern und zu verstehen. Um dies zu tun, ist die Verwendung genauer Einheiten unerlässlich. Im Jahr 2019 wurden vier der SI-Einheiten vom National Institute of Standards and Technology (NIST) neu definiert, um die natürliche Welt besser widerzuspiegeln. Diese wurden nun von ungenauen oder schwankenden Maßen auf die Grundlage unveränderlicher physikalischer Konstanten wie der Boltzmann-, Planck- und Avogadro-Konstante sowie der Lichtgeschwindigkeit und der atomaren Übergangsfrequenz aufgerüstet.
Früher waren Kelvin-Einheiten relativ zur Tripelpunkttemperatur von Wasser. Dies war jedoch selbstreferenziell, da der Tripelpunkt selbst auf der Kelvin-Skala definiert war.
Das Kilogramm war das letzte verbleibende physische Objekt, das zur Definition einer Maßeinheit verwendet wurde, die aufgrund ihrer Materie zu Abweichungen neigte. Der Internationale Kilogramm-Prototyp war ein golfballgroßes Objekt aus Platin und Iridium, das zur Kalibrierung aller anderen Kilogramm-Standards verwendet wurde.
Vor der Revision 2019 war ein Maulwurf relativ zum Kilogramm. Es wurde als eine Menge definiert, die der Anzahl der Atome in 0.0012 Kilogramm Kohlenstoff-12 entspricht, was theoretisch mit der Avogadro-Konstante übereinstimmen würde, wenn das Kilogramm ebenfalls konstant wäre. Ab 2019 wurde das Kilogramm neu definiert, aber aus Gründen der Einheitlichkeit wurde der Maulwurf aktualisiert, um definiert zu werden allein in Bezug auf die Avogadro-Konstante.
Das Ampere ist eine etwas komplexere Einheit, die jetzt als Anzahl von Coulomb pro Sekunde definiert ist (wobei das Coulomb jetzt durch die Elementarladung definiert ist). Das ältere Verständnis des Ampere war fehlerhaft, da es nicht experimentell durchgeführt werden konnte. Er wurde ursprünglich als der Strom berechnet, der eine bestimmte Kraft aus zwei parallelen Leitern unendlicher Länge im Abstand von einem Meter innerhalb eines Vakuums erzeugen würde. Aufgrund des Mangels an unendlich langen Leitern war dies als Arbeitsdefinition unpraktisch.
Während wir heute mit den standardisierten SI-Einheiten ein gründliches und konsistentes System haben, gibt es viele seltsame und wunderbare Nicht-SI-Einheiten, die gelegentlich noch verwendet werden. Sie sind nicht unbedingt auf Genauigkeit ausgelegt, wie die SI-Einheiten, die wir kennen und lieben, aber sie eignen sich für praktischere Zwecke, z. B. aus Gründen des Erbes, des Humors oder einfach der Skalierung. Diese stimmen oft nicht vollständig mit anderen Messungen überein, sind aber dennoch nützlich.
Wird häufig im Journalismus verwendet, an Olympisches Schwimmbad ist ein Komparator für große Wassermengen wie Überschwemmungen. Es wird auch von NIST als 1 Million Liter Wasser definiert. Ein olympisches Schwimmbecken misst an der Oberfläche 50 Meter mal 25 Meter, es gibt jedoch keine offizielle Tiefe für olympische Schwimmbecken. Viele sind 2 Meter tief, was etwa 2.5 Millionen Liter Wasser entspricht.
A Sydharb ist ein Volumen, das dem Wasservolumen im australischen Hafen von Sydney entspricht, was etwa 562 Gigaliter oder 238,000 olympischen Schwimmbecken entspricht.
A Bart-Sekunde ist eine Entfernungseinheit, die vom Lichtjahr inspiriert ist, aber für sehr kleine Entfernungen relevant ist. Sie ist definiert als die Länge, die ein durchschnittliches Barthaar in einer Sekunde wächst, ungefähr 5 Nanometer.
Wird in einigen Ländern zur Messung der Körpergröße von Pferden verwendet Pflege ist ein Maß von genau vier Zoll oder 10.16 cm. Ebenso eins Pferd—zur Entfernungsmessung bei Pferderennen verwendet — entspricht etwa 2.4 Metern.
Wenn Massenwerte zu groß werden, um sie über den Maßstab unserer Erde hinaus zu visualisieren, ist es hilfreich, einen anderen Komparator zu verwenden, der mehr Gewicht tragen kann (buchstäblich und im übertragenen Sinne). Einer Jupiter ist ungefähr 1.9 x 1027 kg oder ein Tausendstel der Masse unserer Sonne.
Während ein Lichtjahr die Entfernung misst, wollte der russische Physiker George Gamow das Verfahren umkehren, um zu messen, wie lange es dauert, bis Licht eine bestimmte Entfernung zurückgelegt hat. Dies hat Zeiteinheiten wie die abgeleitet Lichtmeile und dem leichtfüßig. Ein leichter Fuß ist ungefähr eine Nanosekunde.
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