Der Mensch und die Zeit – eine alte Verbindung. Er misst sie, und er richtet sich nach ihr aus. Schon etwa 3000 Jahre v. Chr. entwickelt man Sonnenuhren mit Hilfe einfacher Schattenstäbe. Schnell dann spielt die Uhr im öffentlichen Leben eine Rolle – bis heute. Vielmehr noch: Inzwischen sind wir von ihr abhängig geworden. Sonnenuhren, jetzt bloss noch Dekoration, haben präziseren Zeitmessern Platz gemacht. Seit rund fünfzig Jahren sind es die Atomuhren, die unsere Weltzeit bestimmen. Eine Sekunde in zehn Milliarden Jahren – nur um einen Herzschlag gehen sie falsch. Doch warum braucht es ihn, den ultrapräzisen Takt, überhaupt? Diese unscheinbaren Blechkästen namens Atomuhren? «Sie sind mit die wichtigsten Instrumente für unsere funktionierende Gesellschaft und beeinflussen nahezu alle Bereiche unseres Lebens», sagt Pascal Rochat, Founder & Advisor von Orolia Switzerland (jetzt Spectratime) mit Sitz in Neuenburg.
Das Unternehmen ist ein weltweit führender Anbieter von High-End-Kristall-, Rubidium-, Maser- und integrierten GPS/GNSSUhren sowie verwandten Testinstrumenttechnologien für Weltraummissionen, die auf hochpräziser Atomuhrentechnologie beruhen. Er sagt: «Die Atomuhren laufen permanent und dienen als stabiles Ausgangssignal für alle weiteren Zeitdienste.» Atomuhren sind die Basis von GPS. In Satelliten liefern sie ultragenaue Zeitsignale, die zur Erde gefunkt und dort zum Navigieren verwendet werden. Auch die Energieversorgung wäre weniger stabil ohne Atomuhren. Denn: Diese synchronisieren die Energieströme in den Schaltstellen.
ATOMUHREN SIND MIT DIE WICHTIGSTEN INSTRUMENTE UNSERER ZEIT.
Ihr Takt hält das Stromnetz auch dann noch stabil, wenn immer mehr Windräder oder Solarzellen Energie einspeisen. Kompakte, relativ günstige Modelle finden sich vor allem in Glasfaserstrecken und Mobilfunknetzen. Das heutige Internet und das funktionierende Mobilfunknetz sind ihnen zu verdanken. «Obwohl die Technologie erprobt und schon recht alt ist, wird sie stetig verbessert», gibt Rochat einen Einblick in die Entwicklung. «Derzeit arbeiten wir daran, Atomuhren immer kleiner, günstiger, stromsparender und robuster zu machen.» So wäre es zum Beispiel möglich, sie in jedem Handymast zu verbauen, um eine höhere Datenübertragungsrate zu erreichen.» Neue Mikro-Uhren von Spectratime, ein paar Fingerhüte gross, sind schon im Einsatz. Etwa auf dem Meeresboden. Hier liefern sie verlässliche Zeitangaben, synchronisiert mit einem GPS-Sensor an der Oberfläche. Statt einer 100-kg-Batterie für eine Woche in einem seismischen Recorder – wie sie eine Standard-Atomuhr benötigte – braucht sie nur: eine 1-kg-Batterie für die gleiche Leistung.
Kleinste Zeitgeber
Wie wir von Pendel- und Quarzuhren wissen, braucht eine Uhr einen Taktgeber. Das ist bei der Atomuhr die Schwingung eines Elektrons in einem Atom. Ein Elektron eines Cäsium-Atoms schwingt wahnsinnig schnell, über 9 Milliarden Mal pro Sekunde. Die meisten Atomuhren werden mit Cäsium-, Rubidium- oder Wasserstoff-Atomen betrieben. Extrem genau ist auch die Strontium-Uhr. Wenn eine solche Uhr seit dem Urknall gelaufen wäre, würde sie heute weniger als eine Sekunde falsch gehen.