Links schwingt ein Messingpendel: Ein voller Schwung dauert 2 s, ein einzelner Durchgang genau eine Sekunde. Durch ihn scheint der Buchstabe s. Rechts steigt ein Cäsiumatom in der Röhre einer Atomfontäne auf und fällt zurück. Jedes Mal, wenn es den Kupferresonator durchquert, blitzt es im Mikrowellenfeld auf. Die Anzeige zeigt 9 192 631 770 — so viele Schwingungen passen in eine Sekunde. Eine Aufnahmelampe blinkt.
Einheitenblatt
SI-BasiseinheitStand 2026-10Sekunde s
SI-Basiseinheit · Größe: Zeit
Die Sekunde wurde der Erde genommen und dem Atom gegeben
Lange war die Sekunde ein Bruchteil des Tages: 1/86 400 einer Erdumdrehung. Dann zeigte sich, dass die Erde eine schlechte Uhr ist. Sie wird durch die Gezeiten langsamer, und Erdbeben sowie Strömungen im Erdkern ändern die Tageslänge um Millisekunden. Uhren, die gleichmäßiger liefen als die Erde, bemerkten ihren ungleichmäßigen Gang.
Seit 1967 legt das Cäsium-133-Atom die Sekunde fest. Sein äußeres Elektron kann zwischen zwei Niveaus wechseln, und diesem Übergang entspricht Strahlung mit einer Frequenz von genau 9 192 631 770 Hz. Die Sekunde ist die Zeit, in der so viele Schwingungen vergehen. Alle Cäsiumatome sind gleich, deshalb ist die Sekunde in jedem Labor der Welt dieselbe.
Die besten Cäsium-Fontänen irren sich in 300 Millionen Jahren um weniger als eine Sekunde. Auch andere Einheiten hängen von der Sekunde ab: Der Meter ist über die Lichtgeschwindigkeit und die Sekunde festgelegt, das Kilogramm über die Planck-Konstante, den Meter und die Sekunde.
Das Zeichen der Sekunde ist ein kleines s, ohne Punkt: „30 s“. Im Russischen schreibt man «с». Großes S ist das Siemens, die Einheit des Leitwerts. Die Größe Zeit schreibt man mit kleinem t, die Schwingungsdauer mit großem T.
Die Zeitsekunde und die Bogensekunde ″ — 1/3600 Grad. Der Uhrentag und eine Erdumdrehung: Die Erde dreht sich ungleichmäßig, und ihr Tag ist um eine oder zwei Millisekunden länger als 86 400 s. Deshalb wird der Atomzeit manchmal eine Schaltsekunde hinzugefügt.
01 · Definition
Schwingungen · Zählen · GangabweichungAlle Uhren sind gleich aufgebaut. In ihnen gibt es etwas, das eine Bewegung in gleichen Abständen wiederholt: ein Pendel, ein Quarzplättchen, ein Elektron im Atom. Und es gibt einen Zähler, der die Wiederholungen zählt. Die Sekunde ist nur eine Vereinbarung darüber, wie viele Wiederholungen welcher Bewegung man zählt.
Je höher die Schwingungsfrequenz und je weniger sie von äußeren Bedingungen abhängt, desto genauer die Uhr. Ein Pendel schwingt einmal pro Sekunde, und seine Periode ändert sich mit der Temperatur, weil sich die Stange verlängert. Quarz schwingt 32 768-mal pro Sekunde und spürt die Wärme ebenfalls. Das Cäsiumatom schwingt fast zehn Milliarden Mal pro Sekunde, und auf seine Frequenz wirkt fast nichts.
Die Genauigkeit einer Uhr zeigt ihre Gangabweichung — wie weit sie sich an einem Tag vom Normal entfernt. Der Anteil, um den die Frequenz von der richtigen abweicht, mal 86 400 s, ist die Gangabweichung pro Tag.
Wie weit die Uhren auseinanderlaufen
Auf einem Regal stehen eine Pendeluhr, eine Quarzuhr und eine Atomuhr. Alle drei wurden nach dem Normal gestellt und dann in einem Raum mit vorgegebener Temperatur gelassen. Beim Pendel verlängert sich die Stahlstange in der Wärme, und es geht langsamer. Quarz ist bei 25 °C genau und bleibt bei anderen Temperaturen zurück. Der Atomuhr ist die Temperatur fast gleichgültig. Mit dem Regler „vergangene Tage“ schieben Sie die Zeit vor, die Taste „Jahr“ setzt sofort 365 Tage, und über jeder Uhr steht ihre Abweichung. Blau zeigt das Normal, Messing das Pendel, Grün die Atomuhr, Rot das Nachgehen. Unten gibt es drei Ansichten. „Abweichung“ ist der aufgelaufene Fehler jedes Geräts nach Tagen im logarithmischen Maßstab. „Schwingungen“ ist der Gang jedes Schwingers, bis zur Sichtbarkeit verlangsamt. „Genauigkeit“ ist der relative Fehler verschiedener Uhren von der Sonnenuhr bis zur optischen Uhr.
Eine Zahl, die sich leicht halbieren lässt
32 768 ist zwei hoch fünfzehn. Eine Schaltung aus fünfzehn Frequenzteilern durch zwei macht aus den Quarzschwingungen genau einen Impuls pro Sekunde. Eine Quarzstimmgabel für diese Frequenz ist wenige Millimeter groß und passt in eine Armbanduhr. Eine höhere Frequenz nimmt man nicht: Eine solche Stimmgabel würde mehr Energie verbrauchen.
02 · Umrechnung
Einheiten · Frequenz · ZeitskalenVon Sekunden zu Tagen, Jahren und Hertz
Geben Sie eine Zeit in beliebiger Einheit ein. Der erste Reiter rechnet sie in Sekunden, Minuten, Stunden, Tage und Jahre um. Der zweite in Frequenz und Zahl der Cäsiumschwingungen. Der dritte zeigt, wie sich die Zeitskalen TAI, UTC und GPS unterscheiden.
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Die kürzesten Laserblitze dauern einige zehn Attosekunden, das Alter des Universums beträgt etwa 4·10¹⁷ s. Dazwischen liegen 35 Größenordnungen. Dieselbe Sekunde dient als Maß für Licht und für Sterne.
04 · Messgeräte
Pendel · Quarz · Fontäne · optisches GitterJe höher die Frequenz, desto genauer die Uhr
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05 · Schreibregeln
s ohne Punkt · Uhrzeit getrenntDauer in Sekunden, Zeitpunkt nach der Uhr
Eine Dauer schreibt man als Zahl und Zeichen mit Leerzeichen: 45 s, 2,5 ms. Einen Zeitpunkt schreibt man nach ISO 8601: 2026-10-02T14:30:05Z. Minute und Stunde darf man mit dem SI verwenden, Vorsätze setzt man vor sie aber nicht.
„sec“, „msec“ und „hrs“ sind keine SI-Zeichen. Die Uhrzeit schreibt man bequemer mit Doppelpunkten, eine Dauer mit Einheiten. Ein Datum mit Schrägstrichen liest man in verschiedenen Ländern verschieden, deshalb schreibt man Jahr-Monat-Tag. Großes S ist das Siemens, nicht die Sekunde; Tausender trennt ein Leerzeichen.
06 · Benachbarte Einheiten
Zeit und Frequenz1 Hz = 1/s — Schwingungen pro Sekunde.
mDer Weg des Lichts in 1/299 792 458 s.
d86 400 s — und der ungleichmäßige Gang der Erde.
07 · Historischer Teil
Archiv · vom Pendel des Huygens zur AtomfontäneWie die Sekunde vom Himmel ins Atom umzog
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Die Schaltsekunde und ihre Abschaffung
Die Atomzeit TAI läuft gleichmäßig, die Erde dreht sich ungleichmäßig und im Mittel langsamer. Damit die bürgerlichen Uhren sich nicht vom Sonnenmittag entfernen, wurde der UTC ab 1972 eine Schaltsekunde hinzugefügt — 27-mal, zuletzt am 31. Dezember 2016. An solchen Tagen dauerte eine Minute 61 Sekunden.
Für Computer, Börsen und Navigation ist eine zusätzliche Sekunde eine Fehlerquelle. 2022 beschloss die Generalkonferenz für Maß und Gewicht, spätestens 2035 keine Schaltsekunden mehr einzufügen und die UTC weiter von der Erdrotation abweichen zu lassen.
Rechts ein Zifferblatt im Moment einer Schaltsekunde: Nach 23:59:59 zeigt die Uhr 23:59:60, und erst dann kommt Mitternacht.
Größenkatalog
Zeit und Frequenz · 12 Einheitenblätter
Verzeichnis · alle Größen auf einer SeiteDas Labor am Eingang zum VerzeichnisEin Tropfen Säure ändert die Farbe des Safts, Salz färbt die Flamme, Wasser gefriert durch ein Klopfen. Darunter alle Simetrium-Blätter, nach Fachgebieten und alphabetisch.Verzeichnis öffnen →
