Der Internationale Erdrotationsdienst in Paris, eine Behörde, die dafür zuständig, die Bewegung der Erde zu überwachen, hat festgestellt, dass sich die Drehgeschwindigkeit unseres Planeten im vergangenen Jahr ein klein wenig verlangsamt hat. Entsprechend hat sie eine Schaltsekunde angeordnet.
Direkt im Übergang zum neuen Jahr wird es die kleine Pause allerdings nur in der Zeitzone geben, die durch den Nullmeridian in Greenwich bei London definiert ist. Zu diesem Zeitpunkt wird in Deutschland das Jahr 2006 bereits eine Stunde alt sein. Für uns wird es also die Minute zwischen 0 Uhr 59 und 1 Uhr sein, die anstelle von 60 Sekunden nun 61 Sekunden andauert.
Wer sich in der Sylvesternacht zum Bahnhof begibt, der kann ihn spüren, diesen besonderen Moment. Sobald der Sekundenzeiger mit dem feinen roten Ring sich über den 12-Uhr-Strich gelegt hat, bleibt er stehen. Für einen langen - kurzen Moment.
" Wenn Sie mal sich tatsächlich Bahnhofsuhren angucken, dann hab ich das Gefühl, dass der Sekundenzeiger sich ein bisschen schneller dreht. Dann wartet der Sekundenzeiger bis er den Impuls kriegt. Und diese Zeit, die wird dann bei der Schaltsekunde noch mal ein bisschen länger. "
Axel Nothnagel vom Geodätischen Institut an der Universität Bonn.
" Da weiß ich nicht, ob dann nicht der eine oder andere schlaue Beobachter dann sagt, ja aber die Bahnhofsuhr ist gerade das schlechteste Beispiel, um das zu sehen. Vielmehr sollte man in der Nacht auf seine Funkuhr gucken, um 1 Uhr nachts, um dann zu sehen, dass die Sekunde nicht sofort weitertickt, sondern da noch so eine Pause von einer weiteren Sekunde drin steckt. "
Seit Jahrtausenden messen die Menschen die Zeit auf zwei verschiedenen Wegen: Zum einen beobachten sie die Bahnen der Planeten und Sterne und ermitteln aus den Wegen dieser Götter den Lauf der Zeit. Zum anderen aber bauen sie kleine Maschinen, die sie unabhängig machen von den Bewegungen am Himmel.
Bereits die alten Ägypter und Griechen entwickelten neben Sonnenuhren auch Wasseruhren, bei denen durch ein kleines Loch in einem Gefäß Wassertropfen fielen. Die ersten mechanischen Uhren tickten in mittelalterlichen Klöstern, im 17. Jahrhundert konstruierte der Niederländische Astronom und Mathematiker Christiaan Huygens die erste Pendeluhr mit konstanter Frequenz, die weniger als eine Minute pro Tag falsch ging. Bald darauf wurde die treibende Kraft der Uhrenentwicklung die Seefahrt, wo dringend genaue Zeitmessungen für die Navigation gebraucht wurden. Der britische Uhrmacher John Harrison entwickelte im 18. Jahrhundert einen Schiffschronometer, der nach einer monatelangen Seereise nach Jamaika nur um wenige Sekunden falsch ging. Im 20. Jahrhundert wurden die mechanischen Uhren dann von den Quarzuhren übertrumpft.
" In der Physikalisch Technischen Reichsanstalt in Berlin wurden erstmals Quarzuhren gebaut, die so genau waren, dass man die Unregelmäßigkeit der Erdrotation messen konnte. "
Andreas Bauch von der Physikalisch Technischen Bundesanstalt in Braunschweig, der Nachfolgerin der Berliner Reichsanstalt.
" Das heißt die Kollegen in den 30er Jahren (..), hatten Astronomen, also waren verbunden zwischen dem königlich-preußischen Observatorium in Berlin und der Reichsanstalt in Charlottenburg. Und haben eine Gruppe Quarzuhren synchronisiert durch astronomische Beobachtungen und die andere Gruppe hatte die Uhren freilaufen lassen. Und wenn man das einpaar Jahre macht, dann sieht man da ne periodische Oszillation zwischen diesen Gruppen von Uhren - und das kann man zuordnen der ungleichmäßigen Erdrotation. Das war damals ziemlich sensationell, das man das sieht. (.....) und die Kollegen mussten das sehr verteidigen. Natürlich haben die Astronomen gesagt: "also - Quarzuhren so was modernes. Das gibt's ja nicht, dass die uns hier vorschreiben, wie die Erde dreht. "
Das Zeitlabor an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, PTB, in Braunschweig. Die genauesten Uhren der Republik stehen hier, Atomuhren, groß wie Wohnzimmerschränke, überall verteilt in einem turnhallengroßen Raum, der an den Wänden mit Kupfer ausgekleidet ist. Robert Wynands.
" Klimatisiert. Temperatur und Feuchte sind geregelt. Wir haben auch ein eigenes Fundament, weil die Halle gebaut wurde in den frühen 60ern als auch noch Quarzuhren wichtig waren für die Zeit, wo dann eben Erschütterungen ganz klar zu vermeiden sind. Und jetzt ist es natürlich auch ganz schön, wenn's nicht wackelt, das ist schon gut. Und wir haben hier einen Farraday-Käfig, das heißt: Störstrahlung von Außen kann hier nicht rein. Also Handys gehen hier auch nicht. "
Die bekannteste Braunschweiger Uhr trägt den Namen "CS2" und sieht ein wenig aus wie ein kleines U-Boot, das mit einem Prüfstand verkabelt ist. Auf 14 Nachkommastellen genau gibt diese Maschine die Zeit an. Das heißt: erst nach 3 Millionen Jahren Laufzeit würde sie maximal eine Sekunde von der korrekten Zeit abweichen. In den 90er Jahren war sie die genaueste Uhr weltweit, und sie läuft noch immer ohne großen Wartungsaufwand. In ihrem Innern werden die Schwingungen von Cäsium-Atomen mit Hilfe von Mikrowellen vermessen und daraus das Maß der Sekunde abgeleitet.
Eine Sekunde, darunter verstehen Physiker schon lange nicht mehr den 60. Teil einer Minute, der 3600. Teil einer Stunde und damit den 86400. Teil einer Tages, der wiederum über die Drehung der Erde festgelegt ist. Vielmehr sind sie zu einer Definition übergegangen, die ganz ohne die Erde auskommt. Eine Sekunde - das ist die 9 192 631 770fache Periodendauer einer bestimmten Schwingung, die Physiker in einem Cäsium-Atom mithilfe von Mikrowellen messen können.
Keine andere Größe können die Physiker so genau bestimmen wie die Zeit, und darum haben sie sich unabhängig gemacht von den Beobachtungen der Astronomen. Sie brauchen die Himmelsbeobachtungen nicht mehr und setzen allein auf ihr Wissen um die Naturgesetze und ihre Ingenieurskunst - zumindest scheint es so.
Im Braunschweiger Zeitlabor steht direkt neben dem bewährten Zeitgeber "CS2" ein Vertreter der nächsten Generation: eine so genannte Fontänen-Uhr. Hier werden Cäsium-Atome auf Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt gekühlt und dann etwa einen Meter in die Höhe geschleudert wie eine Wasserfontäne. Während dieses Fluges werden die Cäsium-Atome sehr genau vermessen. Die Fontäne befindet sich in einer großen, zylinderförmigen Vakuum-Kammer, darunter werden Laserstrahlen von Spiegeln hin- und hergeworfen und von Linsen fokussiert. Wenn die Cäsium-Atome in die Höhe geworfen werden, blockieren kleine Blenden das Laserlicht - und erzeugen das charakteristische Geräusch dieser Fontänenuhr.
Erst nach 30 Millionen Jahren würde diese Uhr eine Sekunde von der richtigen Zeit abweichen. Tatsächlich aber kann diese Fontänenuhr nur wenige Wochen am Stück betrieben werden. Sie ist sehr wartungsintensiv und eignet sich nur dazu, die Genauigkeit der herkömmlichen Atomuhren zu prüfen, die über viele Jahre am Stück laufen können - wie etwa die alte, zuverlässige Uhr "CS2".
" Es gibt gewissermaßen die Arbeitspferde, die laufen immer. Und es gibt sozusagen die Rennpferde, die ab und zu noch mal eingeschaltet werden, um zu gucken, was funktioniert. "
Uhrmacher unterscheiden drei Qualitätskriterien für eine gute Zeitmessung: Erstens die Zuverlässigkeit einer Uhr, also wie oft sie ausfällt, gewartet oder neu gestartet werden muss. Zweitens: Die Genauigkeit einer Uhr, und drittens: Ihre Stabilität.
Genauigkeit und Stabilität lassen sich folgendermaßen unterscheiden: Eine Uhr, die jeden Tag exakt 5 Minuten falsch geht, ist stabil aber nicht genau. Wenn man um die Abweichung von fünf Minuten pro Tag weiß und bereit ist, die Uhr täglich neu zu stellen, kann man sie noch verwenden. Hingegen ist eine Uhr, die stark um den richtigen Wert schwankt, im Mittel aber die richtige Uhrzeit anzeigt, sehr genau - aber nicht stabil. Man kann sich darauf verlassen, dass diese Uhr auch nach vielen Jahren noch richtig geht. Kurzfristig aber kann eine instabile Uhr deutlich von der richtigen Zeit abweichen.
Robert Wynands kann seine Fontänenuhr nun so einstellen, dass sie entweder extrem genau wird - oder extrem stabil.
" Das hängt einfach damit zusammen, wie wir unsere Apparatur betreiben. Wenn wir viel Signal produzieren, indem wir bei unseren Atomuhren viele Atome anschauen, um diese Frequenz zu bestimmen, dann gibt es durch die Vielzahl der Atome auch Wechselwirkungen zwischen den Atomen, die die Genauigkeit verschieben. Weil sehr viele Atome da sind, gibt es viel Signal und dieses starke Signal erlaubt es uns, eine sehr stabile Uhr zu bauen. Und jetzt ist einfach das Kriterium: Mit wie wenig Atomen können wir arbeiten, damit die Genauigkeit sehr gut ist, ohne das wir zu wenig Atome haben, um ein gutes Signal und damit eine gute Stabilität zu haben. "
" Und bei der Gelegenheit kann ich vielleicht auch sagen: die Zeit ist eine besondere Messgröße. Wenn Sie sagen wir mal, die Länge von einem Metallstab messen wollen, und irgendwas ist schief gegangen, dann messen sie halt noch mal. Aber wenn Sie die Zeit heute messen und irgendwas ist schief gegangen, dann können Sie nicht noch mal nachmessen. Wir können nicht sagen, jetzt hat jemand auf dem Kabel gestanden, wir machens noch mal. Wir müssens beim ersten Mal richtig kriegen. Darum ist bei uns auch viel vorbeugende Wartung dabei und natürlich, dass wir auch versuchen, neue Techniken zu entwickeln, entweder die Genauigkeit, die Stabilität oder beides oder die Zuverlässigkeit der Uhr tatsächlich zu erhöhen. "
Seit Jahrzehnten liefern sich Zeitexperten in aller Welt einen Wettlauf: Wer baut die genaueste Uhr? In Paris, im amerikanischen Boulder und in Braunschweig arbeiten die führenden Uhrmacher. Sie sind ständig damit beschäftigt, die Grenzen der Zeitmessung weiter hinauszuschieben und einander den aktuellen Rekord abzujagen. Ein in gewisser Weise unverzichtbarer Wettbewerb. Denn welchen Nutzen hätte eine extrem genaue Uhr, wenn es keine zweite gäbe, mit der man sie prüfen könnte?
" Es ist natürlich so: So ein gewisser sportlicher Ehrgeiz, von dem kann man sich nicht frei machen. Ganz klar. Allerdings muss man aufpassen, dass das nicht Überhand nimmt. Es ist natürlich schön, der Beste, der Schönste, der Größte was auch immer zu sein. Andererseits gibt es aber auch handfeste Interesse. Wissenschaft ist ja ein Kulturgut. Die Neugier des Menschen. Ich zum Beispiel ziehe große Befriedigung daraus, etwas über die Natur zu wissen, was vor mir noch keiner gewusst hat. Sozusagen, der Natur etwas mehr auf den Zahn zu fühlen und etwas Neues zu lernen. Und die Erfahrung hat gezeigt: je genauer man hinguckt, desto interessanter werden die Dinge - oder, dass plötzlich neue Phänomene auftreten, an die man vorher nicht gedacht hat, die man vorher nicht gesehen hat oder die wirklich neu und spektakulär sind. Dann gibt es noch andere Dinge - das eher technische Interesse - wie weit kann ich denn so was treiben? Im Sinne Homo Faber, was kann ich bauen, was eine stabile Oszillation macht, stabiler als alles, was es in der Natur gibt. Wie weit kann ich da gehen? "
... - Fest steht auf jeden Fall: die Physiker sehen da noch Steigerungsmöglichkeiten. Ebenfalls im Braunschweiger Zeitlabor arbeiten sie an einer so genannten "optische Uhr". Herzstück dieser Apparatur ist ein einzelnes Atom, das in einer Teilchenfalle festgehalten und von Laserstrahlen vermessen wird.
Während in herkömmlichen Atomuhren die Schwingungen vieler Cäsium-Atome mit Mikrowellen abgetastet und gezählt werden, kommt bei der optischen Uhr ein Laser zum Einsatz kommen, der das einzelne Atom sehr genau vermisst. Um die Schwingungen des Laser-Lichtes zu zählen, bedarf es der speziellen Frequenz-Kamm-Technik, für die der Deutsche Physiker Theodor Hänsch unlängst den Nobelpreis erhalten hat. Mit Hilfe dieser neuen Methode sollen die "optischen Uhren" bald die Fontänenuhren überholen.
" Die Hoffnung bei den optischen Uhren ist ja, dass man bei der Genauigkeit noch mal deutlich gewinnt. Bis zu einem Faktor 1000, das ist so das was wir hoffen, bei der Genauigkeit besser zu werden. Und wir sind jetzt so, dass wir auf dem gleichen Niveau sind, nach einigen Jahren Entwicklungsarbeit. Es ist natürlich, so: Die Cäsiumuhren sind noch überlegen, weil es Geräte sind, die man benutzen kann und die langfristig und zuverlässig laufen. "
Sollte es Ekkehard Peik in den kommenden Jahren tatsächlich noch gelingen, einen Faktor 1000 zuzulegen, so könnte er die Zeit auf 18 Nachkommastellen angeben. Hätte man eine solche Uhr am Anfang des Universums gestartet, würde sie heute um weniger als eine halbe Sekunde falsch liegen. Mit einem solchen Zeitgeber wollen Peik und Kollegen in Zukunft eine völlig neue Art der Astronomie betreiben: Über den Vergleich dieser extrem genauen Uhren im Verlauf von Jahren wollen sie herausfinden, ob die Naturkonstanten, wie zum Beispiel die Ladung des Elektrons oder die Lichtgeschwindigkeit, wirklich konstant sind. Bislang gehen die meisten Physiker noch davon aus, dass die Naturkonstanten unveränderliche Zahlenwerte sind, dies auch schon immer waren und sein werden. Doch es mehren sich die Stimmen derer, die es für möglich halten, dass auch die Naturkonstanten in der Geschichte des Universums einem Wandel unterworfen sind.
" Das ist ein faszinierender Aspekt dabei, dass man damit potenziell in Bereiche neuer Physik vorstößt. Theoretisch ist es halt so: es gibt Modelle von Theorien, die sagen, es ist plausibel und es ist vernünftig, dass es Änderungen von Konstanten gibt. Und die könnte man mit so einem Experiment erstmals quantitativ nachweisen. "
" Und das ist auch ein gewisser Wechsel auch in der Experimentalphysik. Weil über lange Zeit die Grenzen der Physik hinausgeschoben wurden durch den Übergang zu hohen Energien, zu Beschleunigern. Neue Elementarteilchen schaffen und die Grenzen der experimentellen Physik dort hinausschieben. Mit den Uhren sind wir jetzt an einer anderen Skala, dass wir jetzt gewissermaßen durch hohe Genauigkeit, mit kleinen Laborexperimenten, aber sehr sehr hoher Präzision, dass man da eventuell zu Bereichen neuer Physik vorstößt. "
Die Physiker sind also dabei, eine völlig neue Brücke zur Astronomie zu schlagen. Nachdem sie über Jahrhunderte hinweg Maschinen entwickelt haben, die unabhängig von den Gestirnen die Zeit angeben, wollen sie nun mit eben diesen Maschinen den Kosmos besser verstehen. Vielleicht werden die Teleskope der Zukunft extrem genaue Uhren sein.
Auf dem Schreibtisch von Andreas Bauch stapeln sich die Papierberge. Der Zeitexperte von der "Physikalisch Technischen Bundesanstalt" in Braunschweig ist beteiligt am Aufbau des europäischen, zivilen Navigationssystems Galileo - das bald in Konkurrenz treten soll zum amerikanischen GPS. Denn nur mit präzisen Atomuhren und der zugehörigen Signalübertragungstechnik ist es möglich, die Laufzeiten der Signale, die von den Satelliten kommen, in die Position eines Empfängers umzurechnen.
" Diese Stapel da sind alle bestimmte Requirements Documents. Da steht ein Mist drin. Irgendwelche Sachverhalte werden da beschrieben, die gehen überhaupt net. Also Synchronisation auf ne Picosekunde - also völlig unsinnig. Vieles ist sprachlich unsauber, denkt man erst bis man merkt: Der versteht überhaupt nix von der Sache. "
" Also da hat man wirklich das Gefühl man kann da was tun, und das ist nützlich. Ich mach das aus Überzeugung, gerne, weil ich sehe, dass man an dieser Stelle genau das Wissen braucht, was wir hier haben. "
Jeder einzelne Galileo-Satellit wird eine Atomuhr an Bord haben, die es ihm ermöglicht, mit seinen Funksignalen auch den Zeitpunkt zu kommunizieren, zu dem er diese Signale ausgesendet hat. Dazu muss sicher gestellt sein, dass alle Atomuhren an Bord der Satelliten immer exakt die gleiche Zeit anzeigen. Diese Taktgeber im Orbit sollen darum regelmäßig mit einer zentralen Galileo-Uhr gestellt werden, die sich auf der Erde befinden wird: Die so genannte "Precision Timing Facility", zu Deutsch: die Präzisions-Zeit-Anlage, die aus mehreren besonders genauen Atomuhren besteht. Erstmals getestet werden soll dieser zentrale Taktgeber im Jahr 2008:
" Zu diesem Zeitpunkt sollen vier Satelliten oben sein und das Bodensegment einmal existieren. Zu diesem Zeit wird nur getestet, ob das System funktioniert. Es gibt keine Garantien über die Signale, die verfügbar sind, man kann auch keine Navigation damit machen. Aber in dieser Testphase soll alles getestet werden, was mal später in der großen Ausbaustufe bleibt. "
In dieser ersten großen Ausbaustufe wird das Galileo-System 30 Satelliten umfassen und erstmals einsatzbereit sein. Die Kunden des europäischen Galileo sollen dann ein wesentlich zuverlässigeres Navigationssystem nutzen können als das amerikanische GPS.
Hinzkommen soll ein besonderes Zusatzangebot: Zusammen mit den nationalen Zeitinstituten anderer Europäischer Länder will Andreas Bauch mit den Navigations-Satelliten auch die Weltzeit übertragen. Mit bislang unübertroffener Präzision soll jederzeit und überall auf der Welt die Uhrzeit zur Verfügung stehen - und zwar so genau, dass die Uhren der Galileo-Kunden stets um weniger als eine Mikrosekunde von den präzisesten Atomuhren der Welt abweichen.
Die Weltzeit wird also überall verfügbar sein, an jedem Ort zu jeder Zeit. Und das in einer vernetzten Welt, in der der Einfluss des Internets immer weiter wächst. In diesem virtuellen Kosmos, in dem Raum und Zeit scheinbar aufgehoben sind, sorgen die Präzisionsuhren mit ihrer Atomzeit dafür, dass der schnell pulsierende Datenstrom nicht abreißt.
Sämtliche Uhren unseres täglichen Gebrauchs, von der Kirchturms- bis zur Kuckucksuhr, werden nach der "koordinierten Weltzeit", kurz UTC, gestellt. UTC wird mit etwa 250 Atomuhren ermittelt, die an Zeitinstituten auf allen Kontinenten stehen. Aus ihren Zeitangaben wird ein Mittelwert gebildet, der mit einem Gewichtungsfaktor versehen ist. Uhren, die im zurückliegenden Jahr besonders nahe an dem Mittelwert UTC lagen und die sich damit als besonders zuverlässig erwiesen haben, bestimmen zu einem großen Anteil die Weltzeit.
Den mit Abstand größten Einfluss auf die Weltzeit UTC hat ein amerikanisches Zeitinstitut, das "United States Naval Observatory", kurz USNO, in Washington D.C. Hier stehen auf mehrere Säle verteilt 50 Atomuhren, die immer sehr dicht an dem Mittelwert aller Uhren weltweit liegen und somit die größten Gewichtungsfaktoren, also stets den größten Einfluss haben.
" Das USNO hat natürlich den Anspruch zu sagen: Wir liefern UTC als Signal an unserem Institut - jederzeit. Wohingegen UTC ansonsten ja als Signal nirgendwo verfügbar ist. Das heißt, sie fühlen sich schon als die "Herren der Zeit", die "Macher der Zeit". "
Die anderen Zeitinstitute, wie etwa die PTB in Braunschweig, versorgen ihr Land mit einer nationalen Weltzeit, einer so genannten "UTC (PTB)", die aus den deutschen Atomuhren gewonnen wird. Wie gut diese Zeit mit dem Mittelwert weltweit übereinstimmt, wissen die deutschen Zeitexperten immer erst einen Monat später, wenn ein neuer Weltzeit-Mittelwert gebildet wird. Die Amerikaner hingegen können davon ausgehen, dass ihre 50 Atomuhren unmittelbar die Weltzeit UTC liefern, weil sie den größten Einfluss auf den Mittelwert haben.
" Natürlich ist das die Zeit für den gesamten militärischen Komplex und auch für die NATO. Also, dass sie ne Anwendung haben, ist unbestreitbar. Wie viele Uhren man jetzt für diesen Zweck braucht, weiß ich nicht. Prestige, würde ich sagen, ist es nicht. Es ist eher Subventionierung der Industrie. Die kaufen so viele Uhren, dass es eine US-Produktion von Atom-Uhren gibt, immer in ausreichender Stückzahl in ausreichender Qualität. "
Es ist also die amerikanische Atomzeit, die in unserem Alltag den Takt angibt. Und doch muss auch sie sich letztlich an der astronomischen Zeit orientieren. Denn: die Weltzeit UTC enthält neben der Atomzeit auch die Schaltsekunden - und damit den Einfluss der Erdrotation.
Im Laufe der Jahrmillionen sorgt der Mond durch seine Gezeitenkräfte dafür, dass sich die Erde immer langsamer dreht. So kommt es, dass heute ein Jahr 365 Tage hat, während es vor 200 Millionen Jahren noch 380 Tage waren. Darüber hinaus eiert die Erde auf ihrer Bahn, mal dreht sie sich ein wenig schneller, mal ein wenig langsamer: Verantwortlich dafür ist das glühend heiße Magma im Erdinneren. Aber auch Stürme und Meeressströmungen haben einen Einfluss.
Selbst jahreszeitliche Schwankungen spielen eine Rolle, weil sich auf der Nordhalbkugel mehr Landmasse befindet.
" Das geht im Extremfall soweit, dass man sagen kann: Wenn die Blätter an den Bäumen wachsen, dann ist die Biomasse im Durchschnitt 10-20 m höher, dass sich dadurch eben auch (mittlerweile mit unseren Messverfahren) Veränderungen der Erdrotation feststellen lassen. Und wir können mittlerweise sogar Variationen messen, die innerhalb eines Tages stattfinden. Also Beschleunigung und Verlangsamung der Erde um Bruchteile von Sekunde, wo die Erde dann mal kurzzeitig langsamer oder schneller wird. "
Axel Nothnagel wertet an seinem Computer am Geodätischen Institut der Universität Bonn Daten aus, die mit Hilfe von großen Radioteleskopen gewonnen werden. Diese großen Parabolspiegel in aller Welt peilen Quasare an, leuchtende Objekte im All, die so weit entfernt sind, dass sie quasi fest am Himmel stehen. Mit diesen Fixpunkten können Geodäten genau messen, wie die Erde eiert - und wann es einer Schaltsekunde bedarf, um die Zeit der Atomuhren auf die astronomische Zeit anzupassen.
" Wir haben eigentlich in den Jahr 1980 bis 1999 regelmäßig einmal im Jahr eine Schaltsekunde gehabt, und da hat sich auch keiner drüber beschwert. 1999 war die letzte Schaltsekunde, und da hat sich die Erde ein wenig beschleunigt, so dass wir also die letzten 6 Jahre keine Notwendigkeit gehabt haben, eine Schaltsekunde einzuführen. In diesen 6 Jahren ist natürlich auch die weltweite Computervernetzung soweit vorangeschritten, dass es dort auf jede Sekunde ankommt. Bei Finanztransaktionen z.B., bei Geboten bei Ebay, kommt es auf jede Sekunde an, und das dringt immer mehr ins Bewusstsein der Leute, dass da ja an dem Tag, wo die Schaltsekunde eingeführt wird, möglicherweise zum einen Sicherheitsaspekte betroffen sein könnten, und zum anderen auch finanzielle Aspekte eine Rolle spielen."
" Es ist bekannt, dass die ESA grundsätzlich am 31 Dezember keine Satellitenstarts macht in Kourou. Es könnte sein, dass da ne Schaltsekunde kommt. Da weiß man nie so genau, was da passiert. Es gibt offensichtlich Systeme die aus dem Tritt kommen, in dem Moment, wo diese Schaltsekunde eingeführt wird.
Da gibt's jetzt also ernsthafte Bestrebungen die Schaltsekunde abzuschaffen. Also keine Schaltsekunden mehr einzuführen. Der Antrieb dahinter kommt aus USA, wie alles aus USA kommt. "
"Die Amerikanische Delgation in dieser International Telecommunications Union ist irgendwo auch am besten organisiert. Die haben also die Zeichen der Zeit erkannt und haben dann relativ früh sich zusammengesetzt und haben dann einen entsprechenden Vorschlag entwickelt. "
... und dieser Vorschlag sieht vor, auf die Schaltsekunden ganz zu verzichten und zum Beispiel erst im Jahr 2600, wenn sich voraussichtlich eine halbe Stunde an Zeitverzögerung angesammelt hat, eine Schaltstunde einzuführen - etwa so wie beim Wechsel von Winter- zu Sommerzeit. Die Experten diskutieren noch darüber, ob sie die Schaltsekunde lieber im Jahr 2008 oder 2020 aufgeben wollen.
Aber es gibt auch Widerstand gegen die Abschaffung der Schaltsekunde: Die Astronomen wollen die alte Regelung auf keinen Fall aufgeben, denn ohne Schaltsekunde müssten sie bei ihren Beobachtungen die neue Weltzeit ständig auf die aktuelle astronomische Zeit anpassen. Weil aber alle ihre Computerprogramme an die gegenwärtige Regelung angepasst sind, würde die Umstellung einen gewaltigen Korrekturaufwand bedeuten.
Die Internationale Fernmeldeunion hat die Entscheidung über den amerikanischen Vorschlag zur Abschaffung der Schaltsekunde auf das kommende Jahr vertagt.
In der kommenden Sylvesternacht wird es sie in jedem Fall aber noch einmal geben - die Schaltsekunde: um 0 Uhr 59 und 60 Sekunden Mitteleuropäischer Zeit.
Wie auch immer die Zeitexperten in Sachen Schaltsekunde entscheiden - sie werden sich niemals vollständig von der astronomischen Zeit lösen können. Ganz egal wie genau die genauesten Uhren in Zukunft sein werden, ganz egal wie weit sie die Schaltsekunden oder Schaltstunden hinauszögern werden - am Ende werden sie sich immer wieder für einen kurzen Moment daran erinnern müssen, dass sie mit ihren Apparaturen nicht die Herren über den Gang der Dinge sind - und dass die Zeit aus dem Weltall kommt.
Direkt im Übergang zum neuen Jahr wird es die kleine Pause allerdings nur in der Zeitzone geben, die durch den Nullmeridian in Greenwich bei London definiert ist. Zu diesem Zeitpunkt wird in Deutschland das Jahr 2006 bereits eine Stunde alt sein. Für uns wird es also die Minute zwischen 0 Uhr 59 und 1 Uhr sein, die anstelle von 60 Sekunden nun 61 Sekunden andauert.
Wer sich in der Sylvesternacht zum Bahnhof begibt, der kann ihn spüren, diesen besonderen Moment. Sobald der Sekundenzeiger mit dem feinen roten Ring sich über den 12-Uhr-Strich gelegt hat, bleibt er stehen. Für einen langen - kurzen Moment.
" Wenn Sie mal sich tatsächlich Bahnhofsuhren angucken, dann hab ich das Gefühl, dass der Sekundenzeiger sich ein bisschen schneller dreht. Dann wartet der Sekundenzeiger bis er den Impuls kriegt. Und diese Zeit, die wird dann bei der Schaltsekunde noch mal ein bisschen länger. "
Axel Nothnagel vom Geodätischen Institut an der Universität Bonn.
" Da weiß ich nicht, ob dann nicht der eine oder andere schlaue Beobachter dann sagt, ja aber die Bahnhofsuhr ist gerade das schlechteste Beispiel, um das zu sehen. Vielmehr sollte man in der Nacht auf seine Funkuhr gucken, um 1 Uhr nachts, um dann zu sehen, dass die Sekunde nicht sofort weitertickt, sondern da noch so eine Pause von einer weiteren Sekunde drin steckt. "
Seit Jahrtausenden messen die Menschen die Zeit auf zwei verschiedenen Wegen: Zum einen beobachten sie die Bahnen der Planeten und Sterne und ermitteln aus den Wegen dieser Götter den Lauf der Zeit. Zum anderen aber bauen sie kleine Maschinen, die sie unabhängig machen von den Bewegungen am Himmel.
Bereits die alten Ägypter und Griechen entwickelten neben Sonnenuhren auch Wasseruhren, bei denen durch ein kleines Loch in einem Gefäß Wassertropfen fielen. Die ersten mechanischen Uhren tickten in mittelalterlichen Klöstern, im 17. Jahrhundert konstruierte der Niederländische Astronom und Mathematiker Christiaan Huygens die erste Pendeluhr mit konstanter Frequenz, die weniger als eine Minute pro Tag falsch ging. Bald darauf wurde die treibende Kraft der Uhrenentwicklung die Seefahrt, wo dringend genaue Zeitmessungen für die Navigation gebraucht wurden. Der britische Uhrmacher John Harrison entwickelte im 18. Jahrhundert einen Schiffschronometer, der nach einer monatelangen Seereise nach Jamaika nur um wenige Sekunden falsch ging. Im 20. Jahrhundert wurden die mechanischen Uhren dann von den Quarzuhren übertrumpft.
" In der Physikalisch Technischen Reichsanstalt in Berlin wurden erstmals Quarzuhren gebaut, die so genau waren, dass man die Unregelmäßigkeit der Erdrotation messen konnte. "
Andreas Bauch von der Physikalisch Technischen Bundesanstalt in Braunschweig, der Nachfolgerin der Berliner Reichsanstalt.
" Das heißt die Kollegen in den 30er Jahren (..), hatten Astronomen, also waren verbunden zwischen dem königlich-preußischen Observatorium in Berlin und der Reichsanstalt in Charlottenburg. Und haben eine Gruppe Quarzuhren synchronisiert durch astronomische Beobachtungen und die andere Gruppe hatte die Uhren freilaufen lassen. Und wenn man das einpaar Jahre macht, dann sieht man da ne periodische Oszillation zwischen diesen Gruppen von Uhren - und das kann man zuordnen der ungleichmäßigen Erdrotation. Das war damals ziemlich sensationell, das man das sieht. (.....) und die Kollegen mussten das sehr verteidigen. Natürlich haben die Astronomen gesagt: "also - Quarzuhren so was modernes. Das gibt's ja nicht, dass die uns hier vorschreiben, wie die Erde dreht. "
Das Zeitlabor an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, PTB, in Braunschweig. Die genauesten Uhren der Republik stehen hier, Atomuhren, groß wie Wohnzimmerschränke, überall verteilt in einem turnhallengroßen Raum, der an den Wänden mit Kupfer ausgekleidet ist. Robert Wynands.
" Klimatisiert. Temperatur und Feuchte sind geregelt. Wir haben auch ein eigenes Fundament, weil die Halle gebaut wurde in den frühen 60ern als auch noch Quarzuhren wichtig waren für die Zeit, wo dann eben Erschütterungen ganz klar zu vermeiden sind. Und jetzt ist es natürlich auch ganz schön, wenn's nicht wackelt, das ist schon gut. Und wir haben hier einen Farraday-Käfig, das heißt: Störstrahlung von Außen kann hier nicht rein. Also Handys gehen hier auch nicht. "
Die bekannteste Braunschweiger Uhr trägt den Namen "CS2" und sieht ein wenig aus wie ein kleines U-Boot, das mit einem Prüfstand verkabelt ist. Auf 14 Nachkommastellen genau gibt diese Maschine die Zeit an. Das heißt: erst nach 3 Millionen Jahren Laufzeit würde sie maximal eine Sekunde von der korrekten Zeit abweichen. In den 90er Jahren war sie die genaueste Uhr weltweit, und sie läuft noch immer ohne großen Wartungsaufwand. In ihrem Innern werden die Schwingungen von Cäsium-Atomen mit Hilfe von Mikrowellen vermessen und daraus das Maß der Sekunde abgeleitet.
Eine Sekunde, darunter verstehen Physiker schon lange nicht mehr den 60. Teil einer Minute, der 3600. Teil einer Stunde und damit den 86400. Teil einer Tages, der wiederum über die Drehung der Erde festgelegt ist. Vielmehr sind sie zu einer Definition übergegangen, die ganz ohne die Erde auskommt. Eine Sekunde - das ist die 9 192 631 770fache Periodendauer einer bestimmten Schwingung, die Physiker in einem Cäsium-Atom mithilfe von Mikrowellen messen können.
Keine andere Größe können die Physiker so genau bestimmen wie die Zeit, und darum haben sie sich unabhängig gemacht von den Beobachtungen der Astronomen. Sie brauchen die Himmelsbeobachtungen nicht mehr und setzen allein auf ihr Wissen um die Naturgesetze und ihre Ingenieurskunst - zumindest scheint es so.
Im Braunschweiger Zeitlabor steht direkt neben dem bewährten Zeitgeber "CS2" ein Vertreter der nächsten Generation: eine so genannte Fontänen-Uhr. Hier werden Cäsium-Atome auf Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt gekühlt und dann etwa einen Meter in die Höhe geschleudert wie eine Wasserfontäne. Während dieses Fluges werden die Cäsium-Atome sehr genau vermessen. Die Fontäne befindet sich in einer großen, zylinderförmigen Vakuum-Kammer, darunter werden Laserstrahlen von Spiegeln hin- und hergeworfen und von Linsen fokussiert. Wenn die Cäsium-Atome in die Höhe geworfen werden, blockieren kleine Blenden das Laserlicht - und erzeugen das charakteristische Geräusch dieser Fontänenuhr.
Erst nach 30 Millionen Jahren würde diese Uhr eine Sekunde von der richtigen Zeit abweichen. Tatsächlich aber kann diese Fontänenuhr nur wenige Wochen am Stück betrieben werden. Sie ist sehr wartungsintensiv und eignet sich nur dazu, die Genauigkeit der herkömmlichen Atomuhren zu prüfen, die über viele Jahre am Stück laufen können - wie etwa die alte, zuverlässige Uhr "CS2".
" Es gibt gewissermaßen die Arbeitspferde, die laufen immer. Und es gibt sozusagen die Rennpferde, die ab und zu noch mal eingeschaltet werden, um zu gucken, was funktioniert. "
Uhrmacher unterscheiden drei Qualitätskriterien für eine gute Zeitmessung: Erstens die Zuverlässigkeit einer Uhr, also wie oft sie ausfällt, gewartet oder neu gestartet werden muss. Zweitens: Die Genauigkeit einer Uhr, und drittens: Ihre Stabilität.
Genauigkeit und Stabilität lassen sich folgendermaßen unterscheiden: Eine Uhr, die jeden Tag exakt 5 Minuten falsch geht, ist stabil aber nicht genau. Wenn man um die Abweichung von fünf Minuten pro Tag weiß und bereit ist, die Uhr täglich neu zu stellen, kann man sie noch verwenden. Hingegen ist eine Uhr, die stark um den richtigen Wert schwankt, im Mittel aber die richtige Uhrzeit anzeigt, sehr genau - aber nicht stabil. Man kann sich darauf verlassen, dass diese Uhr auch nach vielen Jahren noch richtig geht. Kurzfristig aber kann eine instabile Uhr deutlich von der richtigen Zeit abweichen.
Robert Wynands kann seine Fontänenuhr nun so einstellen, dass sie entweder extrem genau wird - oder extrem stabil.
" Das hängt einfach damit zusammen, wie wir unsere Apparatur betreiben. Wenn wir viel Signal produzieren, indem wir bei unseren Atomuhren viele Atome anschauen, um diese Frequenz zu bestimmen, dann gibt es durch die Vielzahl der Atome auch Wechselwirkungen zwischen den Atomen, die die Genauigkeit verschieben. Weil sehr viele Atome da sind, gibt es viel Signal und dieses starke Signal erlaubt es uns, eine sehr stabile Uhr zu bauen. Und jetzt ist einfach das Kriterium: Mit wie wenig Atomen können wir arbeiten, damit die Genauigkeit sehr gut ist, ohne das wir zu wenig Atome haben, um ein gutes Signal und damit eine gute Stabilität zu haben. "
" Und bei der Gelegenheit kann ich vielleicht auch sagen: die Zeit ist eine besondere Messgröße. Wenn Sie sagen wir mal, die Länge von einem Metallstab messen wollen, und irgendwas ist schief gegangen, dann messen sie halt noch mal. Aber wenn Sie die Zeit heute messen und irgendwas ist schief gegangen, dann können Sie nicht noch mal nachmessen. Wir können nicht sagen, jetzt hat jemand auf dem Kabel gestanden, wir machens noch mal. Wir müssens beim ersten Mal richtig kriegen. Darum ist bei uns auch viel vorbeugende Wartung dabei und natürlich, dass wir auch versuchen, neue Techniken zu entwickeln, entweder die Genauigkeit, die Stabilität oder beides oder die Zuverlässigkeit der Uhr tatsächlich zu erhöhen. "
Seit Jahrzehnten liefern sich Zeitexperten in aller Welt einen Wettlauf: Wer baut die genaueste Uhr? In Paris, im amerikanischen Boulder und in Braunschweig arbeiten die führenden Uhrmacher. Sie sind ständig damit beschäftigt, die Grenzen der Zeitmessung weiter hinauszuschieben und einander den aktuellen Rekord abzujagen. Ein in gewisser Weise unverzichtbarer Wettbewerb. Denn welchen Nutzen hätte eine extrem genaue Uhr, wenn es keine zweite gäbe, mit der man sie prüfen könnte?
" Es ist natürlich so: So ein gewisser sportlicher Ehrgeiz, von dem kann man sich nicht frei machen. Ganz klar. Allerdings muss man aufpassen, dass das nicht Überhand nimmt. Es ist natürlich schön, der Beste, der Schönste, der Größte was auch immer zu sein. Andererseits gibt es aber auch handfeste Interesse. Wissenschaft ist ja ein Kulturgut. Die Neugier des Menschen. Ich zum Beispiel ziehe große Befriedigung daraus, etwas über die Natur zu wissen, was vor mir noch keiner gewusst hat. Sozusagen, der Natur etwas mehr auf den Zahn zu fühlen und etwas Neues zu lernen. Und die Erfahrung hat gezeigt: je genauer man hinguckt, desto interessanter werden die Dinge - oder, dass plötzlich neue Phänomene auftreten, an die man vorher nicht gedacht hat, die man vorher nicht gesehen hat oder die wirklich neu und spektakulär sind. Dann gibt es noch andere Dinge - das eher technische Interesse - wie weit kann ich denn so was treiben? Im Sinne Homo Faber, was kann ich bauen, was eine stabile Oszillation macht, stabiler als alles, was es in der Natur gibt. Wie weit kann ich da gehen? "
... - Fest steht auf jeden Fall: die Physiker sehen da noch Steigerungsmöglichkeiten. Ebenfalls im Braunschweiger Zeitlabor arbeiten sie an einer so genannten "optische Uhr". Herzstück dieser Apparatur ist ein einzelnes Atom, das in einer Teilchenfalle festgehalten und von Laserstrahlen vermessen wird.
Während in herkömmlichen Atomuhren die Schwingungen vieler Cäsium-Atome mit Mikrowellen abgetastet und gezählt werden, kommt bei der optischen Uhr ein Laser zum Einsatz kommen, der das einzelne Atom sehr genau vermisst. Um die Schwingungen des Laser-Lichtes zu zählen, bedarf es der speziellen Frequenz-Kamm-Technik, für die der Deutsche Physiker Theodor Hänsch unlängst den Nobelpreis erhalten hat. Mit Hilfe dieser neuen Methode sollen die "optischen Uhren" bald die Fontänenuhren überholen.
" Die Hoffnung bei den optischen Uhren ist ja, dass man bei der Genauigkeit noch mal deutlich gewinnt. Bis zu einem Faktor 1000, das ist so das was wir hoffen, bei der Genauigkeit besser zu werden. Und wir sind jetzt so, dass wir auf dem gleichen Niveau sind, nach einigen Jahren Entwicklungsarbeit. Es ist natürlich, so: Die Cäsiumuhren sind noch überlegen, weil es Geräte sind, die man benutzen kann und die langfristig und zuverlässig laufen. "
Sollte es Ekkehard Peik in den kommenden Jahren tatsächlich noch gelingen, einen Faktor 1000 zuzulegen, so könnte er die Zeit auf 18 Nachkommastellen angeben. Hätte man eine solche Uhr am Anfang des Universums gestartet, würde sie heute um weniger als eine halbe Sekunde falsch liegen. Mit einem solchen Zeitgeber wollen Peik und Kollegen in Zukunft eine völlig neue Art der Astronomie betreiben: Über den Vergleich dieser extrem genauen Uhren im Verlauf von Jahren wollen sie herausfinden, ob die Naturkonstanten, wie zum Beispiel die Ladung des Elektrons oder die Lichtgeschwindigkeit, wirklich konstant sind. Bislang gehen die meisten Physiker noch davon aus, dass die Naturkonstanten unveränderliche Zahlenwerte sind, dies auch schon immer waren und sein werden. Doch es mehren sich die Stimmen derer, die es für möglich halten, dass auch die Naturkonstanten in der Geschichte des Universums einem Wandel unterworfen sind.
" Das ist ein faszinierender Aspekt dabei, dass man damit potenziell in Bereiche neuer Physik vorstößt. Theoretisch ist es halt so: es gibt Modelle von Theorien, die sagen, es ist plausibel und es ist vernünftig, dass es Änderungen von Konstanten gibt. Und die könnte man mit so einem Experiment erstmals quantitativ nachweisen. "
" Und das ist auch ein gewisser Wechsel auch in der Experimentalphysik. Weil über lange Zeit die Grenzen der Physik hinausgeschoben wurden durch den Übergang zu hohen Energien, zu Beschleunigern. Neue Elementarteilchen schaffen und die Grenzen der experimentellen Physik dort hinausschieben. Mit den Uhren sind wir jetzt an einer anderen Skala, dass wir jetzt gewissermaßen durch hohe Genauigkeit, mit kleinen Laborexperimenten, aber sehr sehr hoher Präzision, dass man da eventuell zu Bereichen neuer Physik vorstößt. "
Die Physiker sind also dabei, eine völlig neue Brücke zur Astronomie zu schlagen. Nachdem sie über Jahrhunderte hinweg Maschinen entwickelt haben, die unabhängig von den Gestirnen die Zeit angeben, wollen sie nun mit eben diesen Maschinen den Kosmos besser verstehen. Vielleicht werden die Teleskope der Zukunft extrem genaue Uhren sein.
Auf dem Schreibtisch von Andreas Bauch stapeln sich die Papierberge. Der Zeitexperte von der "Physikalisch Technischen Bundesanstalt" in Braunschweig ist beteiligt am Aufbau des europäischen, zivilen Navigationssystems Galileo - das bald in Konkurrenz treten soll zum amerikanischen GPS. Denn nur mit präzisen Atomuhren und der zugehörigen Signalübertragungstechnik ist es möglich, die Laufzeiten der Signale, die von den Satelliten kommen, in die Position eines Empfängers umzurechnen.
" Diese Stapel da sind alle bestimmte Requirements Documents. Da steht ein Mist drin. Irgendwelche Sachverhalte werden da beschrieben, die gehen überhaupt net. Also Synchronisation auf ne Picosekunde - also völlig unsinnig. Vieles ist sprachlich unsauber, denkt man erst bis man merkt: Der versteht überhaupt nix von der Sache. "
" Also da hat man wirklich das Gefühl man kann da was tun, und das ist nützlich. Ich mach das aus Überzeugung, gerne, weil ich sehe, dass man an dieser Stelle genau das Wissen braucht, was wir hier haben. "
Jeder einzelne Galileo-Satellit wird eine Atomuhr an Bord haben, die es ihm ermöglicht, mit seinen Funksignalen auch den Zeitpunkt zu kommunizieren, zu dem er diese Signale ausgesendet hat. Dazu muss sicher gestellt sein, dass alle Atomuhren an Bord der Satelliten immer exakt die gleiche Zeit anzeigen. Diese Taktgeber im Orbit sollen darum regelmäßig mit einer zentralen Galileo-Uhr gestellt werden, die sich auf der Erde befinden wird: Die so genannte "Precision Timing Facility", zu Deutsch: die Präzisions-Zeit-Anlage, die aus mehreren besonders genauen Atomuhren besteht. Erstmals getestet werden soll dieser zentrale Taktgeber im Jahr 2008:
" Zu diesem Zeitpunkt sollen vier Satelliten oben sein und das Bodensegment einmal existieren. Zu diesem Zeit wird nur getestet, ob das System funktioniert. Es gibt keine Garantien über die Signale, die verfügbar sind, man kann auch keine Navigation damit machen. Aber in dieser Testphase soll alles getestet werden, was mal später in der großen Ausbaustufe bleibt. "
In dieser ersten großen Ausbaustufe wird das Galileo-System 30 Satelliten umfassen und erstmals einsatzbereit sein. Die Kunden des europäischen Galileo sollen dann ein wesentlich zuverlässigeres Navigationssystem nutzen können als das amerikanische GPS.
Hinzkommen soll ein besonderes Zusatzangebot: Zusammen mit den nationalen Zeitinstituten anderer Europäischer Länder will Andreas Bauch mit den Navigations-Satelliten auch die Weltzeit übertragen. Mit bislang unübertroffener Präzision soll jederzeit und überall auf der Welt die Uhrzeit zur Verfügung stehen - und zwar so genau, dass die Uhren der Galileo-Kunden stets um weniger als eine Mikrosekunde von den präzisesten Atomuhren der Welt abweichen.
Die Weltzeit wird also überall verfügbar sein, an jedem Ort zu jeder Zeit. Und das in einer vernetzten Welt, in der der Einfluss des Internets immer weiter wächst. In diesem virtuellen Kosmos, in dem Raum und Zeit scheinbar aufgehoben sind, sorgen die Präzisionsuhren mit ihrer Atomzeit dafür, dass der schnell pulsierende Datenstrom nicht abreißt.
Sämtliche Uhren unseres täglichen Gebrauchs, von der Kirchturms- bis zur Kuckucksuhr, werden nach der "koordinierten Weltzeit", kurz UTC, gestellt. UTC wird mit etwa 250 Atomuhren ermittelt, die an Zeitinstituten auf allen Kontinenten stehen. Aus ihren Zeitangaben wird ein Mittelwert gebildet, der mit einem Gewichtungsfaktor versehen ist. Uhren, die im zurückliegenden Jahr besonders nahe an dem Mittelwert UTC lagen und die sich damit als besonders zuverlässig erwiesen haben, bestimmen zu einem großen Anteil die Weltzeit.
Den mit Abstand größten Einfluss auf die Weltzeit UTC hat ein amerikanisches Zeitinstitut, das "United States Naval Observatory", kurz USNO, in Washington D.C. Hier stehen auf mehrere Säle verteilt 50 Atomuhren, die immer sehr dicht an dem Mittelwert aller Uhren weltweit liegen und somit die größten Gewichtungsfaktoren, also stets den größten Einfluss haben.
" Das USNO hat natürlich den Anspruch zu sagen: Wir liefern UTC als Signal an unserem Institut - jederzeit. Wohingegen UTC ansonsten ja als Signal nirgendwo verfügbar ist. Das heißt, sie fühlen sich schon als die "Herren der Zeit", die "Macher der Zeit". "
Die anderen Zeitinstitute, wie etwa die PTB in Braunschweig, versorgen ihr Land mit einer nationalen Weltzeit, einer so genannten "UTC (PTB)", die aus den deutschen Atomuhren gewonnen wird. Wie gut diese Zeit mit dem Mittelwert weltweit übereinstimmt, wissen die deutschen Zeitexperten immer erst einen Monat später, wenn ein neuer Weltzeit-Mittelwert gebildet wird. Die Amerikaner hingegen können davon ausgehen, dass ihre 50 Atomuhren unmittelbar die Weltzeit UTC liefern, weil sie den größten Einfluss auf den Mittelwert haben.
" Natürlich ist das die Zeit für den gesamten militärischen Komplex und auch für die NATO. Also, dass sie ne Anwendung haben, ist unbestreitbar. Wie viele Uhren man jetzt für diesen Zweck braucht, weiß ich nicht. Prestige, würde ich sagen, ist es nicht. Es ist eher Subventionierung der Industrie. Die kaufen so viele Uhren, dass es eine US-Produktion von Atom-Uhren gibt, immer in ausreichender Stückzahl in ausreichender Qualität. "
Es ist also die amerikanische Atomzeit, die in unserem Alltag den Takt angibt. Und doch muss auch sie sich letztlich an der astronomischen Zeit orientieren. Denn: die Weltzeit UTC enthält neben der Atomzeit auch die Schaltsekunden - und damit den Einfluss der Erdrotation.
Im Laufe der Jahrmillionen sorgt der Mond durch seine Gezeitenkräfte dafür, dass sich die Erde immer langsamer dreht. So kommt es, dass heute ein Jahr 365 Tage hat, während es vor 200 Millionen Jahren noch 380 Tage waren. Darüber hinaus eiert die Erde auf ihrer Bahn, mal dreht sie sich ein wenig schneller, mal ein wenig langsamer: Verantwortlich dafür ist das glühend heiße Magma im Erdinneren. Aber auch Stürme und Meeressströmungen haben einen Einfluss.
Selbst jahreszeitliche Schwankungen spielen eine Rolle, weil sich auf der Nordhalbkugel mehr Landmasse befindet.
" Das geht im Extremfall soweit, dass man sagen kann: Wenn die Blätter an den Bäumen wachsen, dann ist die Biomasse im Durchschnitt 10-20 m höher, dass sich dadurch eben auch (mittlerweile mit unseren Messverfahren) Veränderungen der Erdrotation feststellen lassen. Und wir können mittlerweise sogar Variationen messen, die innerhalb eines Tages stattfinden. Also Beschleunigung und Verlangsamung der Erde um Bruchteile von Sekunde, wo die Erde dann mal kurzzeitig langsamer oder schneller wird. "
Axel Nothnagel wertet an seinem Computer am Geodätischen Institut der Universität Bonn Daten aus, die mit Hilfe von großen Radioteleskopen gewonnen werden. Diese großen Parabolspiegel in aller Welt peilen Quasare an, leuchtende Objekte im All, die so weit entfernt sind, dass sie quasi fest am Himmel stehen. Mit diesen Fixpunkten können Geodäten genau messen, wie die Erde eiert - und wann es einer Schaltsekunde bedarf, um die Zeit der Atomuhren auf die astronomische Zeit anzupassen.
" Wir haben eigentlich in den Jahr 1980 bis 1999 regelmäßig einmal im Jahr eine Schaltsekunde gehabt, und da hat sich auch keiner drüber beschwert. 1999 war die letzte Schaltsekunde, und da hat sich die Erde ein wenig beschleunigt, so dass wir also die letzten 6 Jahre keine Notwendigkeit gehabt haben, eine Schaltsekunde einzuführen. In diesen 6 Jahren ist natürlich auch die weltweite Computervernetzung soweit vorangeschritten, dass es dort auf jede Sekunde ankommt. Bei Finanztransaktionen z.B., bei Geboten bei Ebay, kommt es auf jede Sekunde an, und das dringt immer mehr ins Bewusstsein der Leute, dass da ja an dem Tag, wo die Schaltsekunde eingeführt wird, möglicherweise zum einen Sicherheitsaspekte betroffen sein könnten, und zum anderen auch finanzielle Aspekte eine Rolle spielen."
" Es ist bekannt, dass die ESA grundsätzlich am 31 Dezember keine Satellitenstarts macht in Kourou. Es könnte sein, dass da ne Schaltsekunde kommt. Da weiß man nie so genau, was da passiert. Es gibt offensichtlich Systeme die aus dem Tritt kommen, in dem Moment, wo diese Schaltsekunde eingeführt wird.
Da gibt's jetzt also ernsthafte Bestrebungen die Schaltsekunde abzuschaffen. Also keine Schaltsekunden mehr einzuführen. Der Antrieb dahinter kommt aus USA, wie alles aus USA kommt. "
"Die Amerikanische Delgation in dieser International Telecommunications Union ist irgendwo auch am besten organisiert. Die haben also die Zeichen der Zeit erkannt und haben dann relativ früh sich zusammengesetzt und haben dann einen entsprechenden Vorschlag entwickelt. "
... und dieser Vorschlag sieht vor, auf die Schaltsekunden ganz zu verzichten und zum Beispiel erst im Jahr 2600, wenn sich voraussichtlich eine halbe Stunde an Zeitverzögerung angesammelt hat, eine Schaltstunde einzuführen - etwa so wie beim Wechsel von Winter- zu Sommerzeit. Die Experten diskutieren noch darüber, ob sie die Schaltsekunde lieber im Jahr 2008 oder 2020 aufgeben wollen.
Aber es gibt auch Widerstand gegen die Abschaffung der Schaltsekunde: Die Astronomen wollen die alte Regelung auf keinen Fall aufgeben, denn ohne Schaltsekunde müssten sie bei ihren Beobachtungen die neue Weltzeit ständig auf die aktuelle astronomische Zeit anpassen. Weil aber alle ihre Computerprogramme an die gegenwärtige Regelung angepasst sind, würde die Umstellung einen gewaltigen Korrekturaufwand bedeuten.
Die Internationale Fernmeldeunion hat die Entscheidung über den amerikanischen Vorschlag zur Abschaffung der Schaltsekunde auf das kommende Jahr vertagt.
In der kommenden Sylvesternacht wird es sie in jedem Fall aber noch einmal geben - die Schaltsekunde: um 0 Uhr 59 und 60 Sekunden Mitteleuropäischer Zeit.
Wie auch immer die Zeitexperten in Sachen Schaltsekunde entscheiden - sie werden sich niemals vollständig von der astronomischen Zeit lösen können. Ganz egal wie genau die genauesten Uhren in Zukunft sein werden, ganz egal wie weit sie die Schaltsekunden oder Schaltstunden hinauszögern werden - am Ende werden sie sich immer wieder für einen kurzen Moment daran erinnern müssen, dass sie mit ihren Apparaturen nicht die Herren über den Gang der Dinge sind - und dass die Zeit aus dem Weltall kommt.