Atomuhr

Egal ob Stoppuhren oder Uhren, mit denen die Uhrzeit bestimmt wird, Uhren messen Zeiten, und zwar den Fortschritt von Zeiten. Einfache Uhren wie eine Sonnenuhr sind vom Wetter abhängig. Im einfachsten Fall beobachtet man lediglich Sonnenaufgang und Sonnenuntergang, moderner waren Schattenuhren, die sich den, abhängig vom Stand der Sonne, in unterschiedliche Richtungen fallenden Schatten der Sonne zunutze machen.Sonnenuhren haben den Nachteil, dass sie gar nicht immer funktionieren. Außerdem „arbeiten“ sie sehr ungenau, weil sie von der Erdrotation, der Drehung der Erde um ihre Achse, die mehr als ein Kreiseln erfolgt, abhängig sind.

Von der Sonnenuhr zur Atomuhr

Fortgeschrittene Uhren, die von Menschen geschaffen wurden und die vollkommen unabhängig von Erdrotation und dem Orbit (der Umlaufbahn der Erde um die Sonne) sind, arbeiten mit einem Taktgeber. Ein Takt ist eine immer geichlange Zeitspanne, die sich ständig wiederholt. Theoretisch! Gäbe es wirklich Takte, wäre eine ideale Uhr möglich, leider nähern sich alle Takte, ob Takte bei Uhren, Takte bei der Arbeit oder sonstwelche, nur diesem Ideal, manchmal sehr gut, manchmal eher schlecht. Kein Taktgeber erreicht über längere Zeit wirklich absolut gleichmäßige Takte.

Ganz einfache Formen solcher Uhren sind zum Beispiel eine Feueruhr und eine Kerzenuhr, bei denen man die Dauer des Abbrennens von Stoffen nutzt, um die Uhrzeit zu bestimmen. Gar nicht dumm, aber trotzdem schrecklich ungenau: auf die Sekunde genau oder noch genauer konnte man damit weder Zeiten messen noch die Uhrzeit anzeigen. Sanduhren, bei denen Sand aus einer Gehäusehälfte (Glaskolben) durch eine Verjüngung (Lochblende) in eine andere fällt bzw. langsam rieselt, waren da schon genauer, aber gleichzeitig ziemlich unpraktisch, denn man kann nicht Tonnen von Sand mit sich rumschleppen.

Modernere vom Menschen erschaffene Uhren nutzten ein Räderwerk. Dieses Räderwerk treibt Pendel oder Unruh an, den Taktgeber. Diese Räderuhren wurden auch speziell dafür gebaut, gleichzeitig als astronomische Uhren genutzt zu werden, das heißt, sie konnten neben der Uhrzeit astronomische Sachverhalte und Ereignisse wie den Sonnen- und Mondstand, die Mondphase etc. anzeigen. Uhren wurden nicht mehr einfach von Handwerkern hergestellt, der Beruf des Uhrmachers entstand, die Räderuhren zunächst ausschließlich für reiche Adlige bauten, bevor es im 17. Jahrhundert mit der Holzräderuhr zu einer weiten Verbreitung der Räderuhr kam.

Das Pendel als Taktgeber von Räderuhren kam in der Chronometrie einer Revolution gleich: Erstmals konnte man sehr genau Zeiten messen. Haben Menschen einmal etwas erreicht, so geben sie sich selten damit lange zufrieden. Die Ansprüche an eine Präzisionsuhr stiegen – sowohl was die Präzision betrifft wie auch Größe und Pragmatik. Mechanische Uhren wurden verbessert, schließlich durch elektrische Uhren ersetzt. Über verschiedene Stationen wie die Quarzuhr (Quarzoszillator bzw. Schwingquarz) ersetzte man auch den Taktgeber und landete schließlich bei Atomen.

Funktionsweise von Atomuhren

Atome haben die Eigenschaft, bei ihrem Übergang zwischen zwei Energiezuständen elektromagnetische Wellen in einer bestimmten Frequenz abzustrahlen oder aufzunehmen. Der auch bei einer Atomuhr noch immer genutzte Quarzoszillator erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld, dem Atome ausgesetzt werden. Je nach Frequenz strahlen Atome Energie ab oder nehmen sie Energie auf. Bei einer bekannten Frequenz nehmen Atome besonders viel Energie auf, welche sie in andere Richtungen abstrahlen. Es entsteht eine Resonanz, mit der man die Frequenz des Quarzoszillators extrem gleichförmig halten kann. Dabei gilt, je stabiler die Resonanz ist, desto stabiler ist die Frequenz des Quarzoszillators, und umso verlässlicher erfolgt die Chronometrie.

Atomuhren im Internet

Atomuhren im Internet beziehen selbst die Uhrzeit über das Internet von Zeitservern, die die Atomuhrzeit senden, und senden schließlich die Uhrzeit an den Client (zum Beispiel einen Browser). Infolge der entstehenden Latenzen kann keine Atomuhr im Internet jemals wirklich die Atomuhrzeit anzeigen. Nehmen Sie deshalb auch die Uhrzeit der Atomuhr von de-Kalender nicht allzu ernst. Für eine mehr oder minder sekundengenaue Anzeige der Uhrzeit genügt es meist, eine größere Genauigkeit ist technisch unmöglich. Verlässlicher sind Funkuhren, die ihr Signal von einem Zeitzeichensender beziehen. Abhängig von der Übertragungslänge des Funksignals (je weiter entfernt der Zeitzeichensender steht, umso verzögerter empfängt eine Funkuhr das Zeitsignal) erreicht die Präzision die von Nanosekunden. In Deutschland sendet der in in Mainflingen (ein Ortsteil von Mainhausen) bei Frankfurt am Main ansässige Langwellensender DCF77 sein Zeitsignal an Funkuhren.