Meter

Der oder das Meter (von griechisch μέτρον metron „Maß, -messer“; in der Schweiz nur der Meter; nach DIN 1301-1:2002-10 nur das Meter) ist die SI-Basiseinheit der Länge. Das Einheitenzeichen des Meters lautet „m“. In Meter gemessene Größen sind „Länge“ (Formelzeichen: l ), „Strecke“ (s), „Wellenlänge“ (λ) und einige andere (siehe Tabelle rechts).

Aktuelle Definition

Ein Meter ist seit 1983 (durch die 17. CGPM) definiert 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. Dies erfolgte, weil die Definition der Sekunde (SI-Einheit der Zeit) als atomares Zeitnormal gelang, somit beide Einheiten unabhängig von verkörperten Maßen bestimmt werden können und sich damit die Realisierungsgenauigkeit des Meters verbessern lässt.

Exakte Festlegung der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit

Eine Folge dieser Definition ist, dass die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit c₀ nun einen exakten Wert in SI-Einheiten aufweist; somit sind experimentelle Ermittlungen von c₀ in SI-Einheiten nicht mehr sinnvoll. Der seit der Neudefinition des Meters 1983 festgelegte Wert beträgt exakt 299 792 458 m/s. 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. Ähnlich wurde 1948 bei der Definition des Ampere vorgegangen, die eine exakte Festlegung der magnetischen Feldkonstante beinhaltet. Möglicherweise ist künftig auch für weitere Naturkonstanten bzw. Basiseinheiten mit einer solchen Vorgehensweise zu rechnen.

Frühere Meter-Definitionen

Der Definition des Meters gingen einige Vorschläge voraus, eine universelle Längeneinheit zu definieren, die nicht – wie damals oft üblich – von den Abmessungen der Gliedmaßen des jeweiligen Herrschers abgeleitet war. So schlug der Abt Jean Picard 1668 als Längeneinheit das Sekundenpendel vor – also die Länge jenes Pendels, das eine halbe Periodendauer von einer Sekunde hat. Im Schwerefeld von Europa hätte ein solches Pendel die Länge von 0,994 m und käme damit 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. Dies war der Standard bis 1960. (NIST)

Maßgebend für eine internationale Längeneinheit wurde dann aber 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 dann 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 außerordnetlich genau – nämlich, gemessen am gesteckten Ziel um nur um 0,013 % 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 bis heute 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 spätere 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.

Seit 1983 gilt die noch präzisere, oben genannte Definition.

Dezimale Vielfache und Teile des Meters

Siehe auch Vorsätze für Maßeinheiten.

Gebräuchliche Einheiten

Kilometer

Ein Kilometer (Einheitenzeichen: km) entspricht 1.000 Metern: 1 km = 10³ m.

Dezimeter

Ein Dezimeter (Einheitenzeichen: dm) entspricht dem Zehntel eines Meters oder 0,1 m.

Zentimeter

Ein Zentimeter (veraltet auch Centimeter, Einheitenzeichen: cm) entspricht dem Hundertstel eines Meters: 1 cm = 10⁻² m oder 0,01 m. Ein Zentimeter entspricht ebenfalls dem Zehntel eines Dezimeter: 1 cm = 0,1 dm. (Bzw.: 1 cm = 10 mm.)

Der Zentimeter ist die cgs-Einheit der Länge. Siehe auch: inch

Millimeter

Ein Millimeter (Einheitenzeichen: mm) entspricht dem Tausendstel eines Meters: 1 mm = 10⁻³ m oder 0,001 m.

Mikrometer

Ein Mikrometer (veraltet auch Mikron, oder My nach dem griechischen Buchstaben µ, Einheitenzeichen: µm) entspricht dem Millionstel eines Meters: 1 µm = 10⁻⁶ m = 0,000.001 m. Oder 1 µm = 10⁻³ mm, also ein Tausendstel Millimeter.

My bezeichnet darüber hinaus im umgangssprachlichen Gebrauch oft kleinste Längen, die gerade noch erkennbar sind (Menschenhaardurchmesser, Kinderflaum): 40 µm, Auflösung Auge: ca. 100 µm.

Die Messschraube, ein Längenmessgerät, wird wegen ihrer Genauigkeit oft Mikrometerschraube oder auch Mikrometer genannt.

Nanometer

Ein Nanometer (Einheitenzeichen: nm) entspricht dem Milliardstel eines Meters: 1 nm = 10⁻⁹ m. Oder 1 nm = 10⁻⁶ mm, also ein Millionstel Millimeter.

Ein Nanometer entspricht in einem Stück Metall ungefähr einer Strecke von vier benachbarten Atomen oder ist ungefähr 2000-mal dünner als ein menschliches Haar. 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

Ein Pikometer (veraltet auch Picometer) hat das Einheitenzeichen pm und ist das Billionstel eines Meters: 1 pm = 10⁻¹² m.

Das Pikometer ist geeignet zur Angabe von Längen im Größenbereich von Atomen. Das Wasserstoffatom als kleinste atomare Einheit hat einen Atomradius von 37 pm. Große Atome haben Radien von über 200 pm. Auch die Bindungslänge zwischen Atomen wird häufig in Pikometer angegeben. Hierzu hat sich für 100 pm die Einheit Ångström eingebürgert.

Zudem gibt man die Wellenlänge von Gammastrahlung in pm an.

Femtometer

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

Ein Femtometer (Einheitenzeichen: fm) ist das Billiardstel eines Meters und ein Billionstel von einem Millimeter: 1 fm = 10⁻¹⁵ m.

Der Femtometer wird in der Atom- und Kernphysik auch als Fermi bezeichnet. Seine Verwendung führt zu übersichtlichen Zahlenwerten bei der Angabe von Atomkern-Durchmessern, die in der Größenordnung von 10 fm liegen. Protonen und Neutronen haben einen Durchmesser von etwa 1,6 fm. Das Fermi ist in Deutschland keine gesetzliche Einheit im Messwesen.

Wenig gebrauchte Einheiten

Dekameter

Ein Dekameter (Einheitenzeichen: dam) sind 10 Meter. Gebräuchlich in der Meteorologie für Höhenangaben, namensgebend für Dekameterwellen.

Hektometer

Ein Hektometer (Einheitenzeichen: hm) sind 100 Meter. Waffenreichweiten (Schussweite) im Artilleriewesen werden oft in Hektometer angegeben. Die Abteilungszeichen der Eisenbahn werden auch Hektometertafeln bzw. -steine genannt.

Myriameter

Ein Myriameter sind 10.000 Meter oder 10 km. Die Einheit wurde 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, siehe Stichwort „Meilen“).

Siehe auch

• -metrie
• -meter
• Metrik
• Meterstab
• Maßeinheiten
• Längenmaß
• Endmaß
• Metrisches System

Weblinks

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

 Wiktionary: Meter – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik