Erste Zeitmesser

Bis im 13. Jahrhundert gab es nur sehr wenige Möglichkeiten, die Zeit zu messen. Man konnte den Sonnenstand beobachten oder mit Hilfe von Wasser- oder Sanduhren die Zeitdauer bestimmen.

Der wirkliche Durchbruch erfolgte mit der Erkenntnis, dass die Zeit in kleine, messbare Intervalle aufgeteilt werden kann. Die ersten mechanischen Uhren wurden um das Jahr 1300 in Italien entwickelt, die Genauigkeit dieser Uhren liess jedoch während weiterer 300 Jahre zu wünschen übrig. Erst im 15. Jahrhundert erhielt der Begriff «Stunde» die Bedeutung einer genauen Zeiteinheit. Die Wörter «Minute» und «Sekunde» wurden erst im 16. Jahrhundert in ihrer heutigen Bedeutung verwendet.

Schwingung

Alle modernen Uhren bis hin zur Atomuhr, deren Genauigkeit in 30 Millionen Jahren um höchstens eine Sekunde abweicht – basieren auf Schwingungen.

Ein «Oszillator» ist ein Instrument, das mit einer regelmässigen Geschwindigkeit hin- und herschwingt. Diese regelmässige Bewegung teilt die Zeit in Segmente ein, die gezählt werden können. Das bekannteste Beispiel ist das Pendel, das von den Uhrmachern zum Zählen der Zeiteinheiten kreiert wurde (in den meisten so genannten Pendeluhren schwingen die Pendel einmal pro Sekunde). Die Zeit des Schwingens hängt von der Länge des Pendels ab.

Mechanische Uhren

Für Armbanduhren musste eine Alternative zu den meist grossen und schweren Pendeln gefunden werden. In einer mechanischen Uhr wird eine Feder mit Hilfe einer Reihe von angetriebenen Rädern zum Schwingen gebracht. Die Bewegung der Räder wird mit Hilfe einer so genannten «Hemmung» in regelmässigen Abständen gestoppt und ermöglicht so eine Schwingung in regelmässigen Intervallen.

Die Antriebsräder erfüllen eine Doppelfunktion: Einerseits kontrollieren sie die Frequenz der Schwingungen, andererseits treiben sie die Zeiger der Uhr an.

Quarzuhren

In Quarzuhren wird ein Quarzkristall in einem Magnetfeld in Schwingung versetzt. Die hohe Frequenz der Vibrationen ermöglicht eine genaue Zeitangabe – die Abweichung beträgt ca. eine Minute im Jahr. Der Quarz bewegt sich innerhalb eines elektrischen Schaltkreises, in dem die Frequenz seiner Schwingungen reguliert wird. Obwohl der Quarz bereits Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt und z.T. auch in Funkgeräten eingesetzt wurde, entstand die erste Quarzuhr erst um 1960. Zu einem früheren Zeitpunkt war es nicht möglich, den Mechanismus so klein zu bauen, dass er für eine Armbanduhr verwendet werden konnte. Die Energie für die Quarzuhren wird von kleinen Batterien geliefert, die eine Lebensdauer von mehreren Jahren haben.

Atomuhren

In der Atomuhr werden Cäsium-133-Atome in Schwingung versetzt. Der Vorteil von Atomen besteht darin, dass diese sehr schnell und regelmässig schwingen. Im Gegensatz zu Quarzkristallen reagieren sie nicht auf äussere Einflüsse wie z.B. Temperaturschwankungen.