Internationales Büro für Maß und Gewicht

Das BIPM wurde zusammen mit dem Abschluss der Meterkonvention am 20. Mai 1875 gegründet und ist damit die älteste internationale wissenschaftliche Einrichtung.^[2] Es hat seinen Sitz im Pavillon de Breteuil in Sèvres, einem Vorort von Paris, und arbeitet unter der Aufsicht des „Internationalen Komitees für Maß und Gewicht“ (CIPM). Alle vier Jahre findet die Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) statt, bei der die zentralen Angelegenheiten des BIPM entschieden werden.

Bei der Gründung des BIPM beschränkten sich dessen Aufgabe auf die Metrologie von Länge und Masse. So war das BIPM für die Aufbewahrung der Referenzkörper zuständig, des bis 2019 als Kilogrammnormal (Urkilogramm) verwendeten Platin-Iridium-Zylinders und des bis 1960 als Meternormal (Urmeter) verwendeten Platin-Iridium-Stabes, und koordinierte den Abgleich mit den sekundären Einheitennormalen verschiedener metrologischer Staatsinstitute („National Metrological Institute“; kurz: NMI). Im Laufe der Jahre erweiterten sich die Aktivitäten auf Elektromagnetismus (1927), Photometrie und Radiometrie (1937), ionisierende Strahlung (1960), die weltweit gültigen Zeitskalen (1960) und Chemie (2000).^[3]

Das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (französisch „Comité International des Poids et Mesures“; kurz: CIPM) setzt sich aus 18 Personen aus verschiedenen der Meterkonvention beigetretenen Ländern zusammen. Das CIPM tagt jährlich am BIPM.

Die internationale Generalkonferenz für Maß und Gewicht (vom französischen: „Conférence Générale des Poids et Mesures“; kurz: CGPM) ist das höchste Organ der Meterkonvention. Sie findet in der Regel im Abstand von vier Jahren statt, ihr gehören Delegierte aller Unterzeichnerstaaten an. Die erste Tagung fand im Jahre 1889 statt.

Auf der 11. Konferenz im Jahr 1960 wurde das internationale Einheitensystem (SI) eingeführt, auf der 26. Konferenz im Jahr 2018 wurde eine grundlegende Revision des SI beschlossen.

Im Rahmen des 150. Jubiläums der Meterkonvention im Jahr 2025 soll im Hinblick auf die 28. Konferenz im Jahr 2026 auf breiter Basis eine neue Vision für die BIPM erarbeitet werden.^[4]

Das Gesetz vom 18. Germinal, Jahr III (17. April 1795), führte das metrische System in Frankreich ein. Am 22. Juni 1799 wurden zwei Standard-Platineinheiten, die den Meter und das Kilogramm repräsentierten, im französischen Nationalarchiv hinterlegt.^[5]

Die Dufour-Karte (französisch: Carte Dufour), die erste topografische Karte der Schweiz, bei der der Meter als Längeneinheit verwendet wurde, gewann die Goldmedaille auf der Weltausstellung Paris 1855.^[6][7] Die Basislinien für diese Karte wurden jedoch 1834 mit drei Toise langen Messstäben gemessen, die auf eine 1821 von Jean Nicolas Fortin für Friedrich Georg Wilhelm Struve hergestellte Toise kalibriert waren.^[8][9] Struve-Bogens Messung des erstreckte sich über einen Zeitraum von vierzig Jahren und initiierte eine internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen dem Russischen Kaiserreich und den Schwedisch-Norwegische Union, an der prominente Astronomen wie Friedrich Georg Wilhelm Struve, Friedrich Wilhelm Bessel, Carl Friedrich Gauß und George Biddell Airy beteiligt waren.^[10]

Am Rande der 1855 Weltausstellung und des zweiten Statistischen Kongresses in Paris wurde eine Vereinigung gegründet, die sich für ein einheitliches Dezimalsystem für Maße, Gewichte und Währungen einsetzte. Auf Betreiben dieser Vereinigung wurde während der Weltausstellung Paris 1867 ein Komitee für Gewichte, Maße und Münzen (französisch: Comité des poids, mesures et monnaies) ins Leben gerufen, das die internationale Einführung des metrischen Systems forderte.^[11][5]

Das 19. Jahrhundert war geprägt von einer verstärkten internationalen Zusammenarbeit in der Wissenschaft. Die Koordination geophysikalischer Beobachtungen an verschiedenen Orten der Erde gewann höchste Bedeutung und führte zur Gründung der ersten internationalen wissenschaftlichen Vereinigungen. Carl Friedrich Gauß, Alexander von Humboldt und Wilhelm Eduard Weber gründeten 1836 den Magnetischen Verein. Ihm folgten die Gründung der Mitteleuropäische Gradmessung auf Initiative von Johann Jacob Baeyer sowie 1885 des International Statistical Institute.^[12] Die Weltorganisation für Meteorologie ist ein weiteres Beispiel für die Rolle der ersten internationalen wissenschaftlichen Vereinigungen bei der Gründung des Internationalen Büros für Maß und Gewicht. So wurde Heinrich von Wild, ihr erster Präsident, 1870 von Russland in die Internationale Meterkommission, 1875 in die Diplomatische Konferenz und nach der Unterzeichnung des Meterkonvention in das Internationale Komitee für Maß und Gewicht entsandt,^[13][14] dessen Vorsitz Carlos Ibáñez de Ibero bis 1891 innehatte.^[15]

Zahlreiche Längenmessungen entlang von Breitenkreisen in Europa wurden in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts geplant und teilweise durchgeführt; ihre volle Bedeutung erlangten sie jedoch erst mit der Einführung des elektrischen Telegrafen, der die Längenbestimmung durch astronomische Beobachtungen mit wesentlich höherer Genauigkeit ermöglichte. Der bedeutendste Moment war die Messung nahe des 52. nördlichen Breitengrades, der sich von Valentia in Irland bis Orsk im südlichen Ural erstreckt und 75 Längengrade umfasst.^[9] Friedrich Georg Wilhelm Struve, der als Vater der skandinavisch-russische Meridianbogen gilt, verfasste diese Forschung. Nachdem er 1857 die notwendigen Vereinbarungen mit den Regierungen getroffen hatte, übergab er sie seinem Sohn Otto, der 1860 die Zusammenarbeit Englands erreichte.^[16]

Im Jahr 1858 wurde eine ägyptische technische Kommission gegründet, um die unter Muhammad Ali Pascha mit Hilfe der Kassaba (Qaṣbah قصبة,^[17] einer alten arabischen Maßeinheit) begonnenen Katasterarbeiten fortzusetzen und dabei die in Europa etablierten Verfahren anzuwenden. Diese Kommission unterbreitete Vizekönig Muhammad Said die Idee, geodätische Messgeräte in Frankreich in Auftrag zu geben. Der Khedive beauftragte Ismail Mustafa al-Falaki mit der Untersuchung des Präzisionsgeräts in Europa, das anhand des bereits von Jean Brunner in Paris entwickelten Messgeräts zur Messung geodätischer Basislinien kalibriert war. Ismail Mustafa sollte die notwendigen Experimente durchführen, um die Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Platin-Messing-Lineale zu bestimmen und den ägyptischen Standard mit einem bekannten Standard zu vergleichen. Der von Carlos Ibáñez de Ibero sowie Frutos Saavedra Meneses entworfene spanische Standard wurde zu diesem Zweck ausgewählt, da er als Vorbild für den Bau des ägyptischen Standards gedient hatte. Darüber hinaus war der spanische Standard mit Bordas Doppel-Toise Nr. 1 verglichen worden, die als Vergleichsmodul für die Messung aller geodätischen Basislinien in Frankreich diente.^[18][19] Erst 1954, nach der Unabhängigkeit der Arabischen Republik Ägypten, brachte die Verbindung zwischen der südlichen Verlängerung des Struve-Bogens, einer geodätischen Triangulation, die sich von Hammerfest in Norwegen bis zum Schwarzen Meer erstreckt, und einem Bogen, der sich von Südafrika nach Norden durch Ägypten erstreckt, die Spur eines großen Meridianbogens zurück in die Länder, in denen Eratosthenes die Geodäsie begründet hatte.^[10]

Im Jahr 1860 lud die russische Regierung auf Drängen Otto Wilhelm von Struves die Regierungen Belgiens, Frankreichs, Preußens und Englands ein, ihre Triangulationen zu kombinieren, um die Länge eines Breitenkreises auf 52° nördlicher Breite zu messen. Ziel war es, die Genauigkeit der aus Messungen des Meridianbogens abgeleiteten Erdform und -größe zu überprüfen. Die Kombination dieser Messungen erforderte den Vergleich der in verschiedenen Ländern verwendeten Längenstandards. Die britische Regierung forderte die Regierungen Frankreichs, Belgiens, Preußens, Russlands, Indiens, Australiens, Österreichs, Spaniens, der Vereinigten Staaten und des Kaps der Guten Hoffnung auf, ihre Standards an das Ordnance Survey Office in Southampton zu senden. Es ist erwähnenswert, dass die geodätischen Standards von Frankreich, Spanien und den Vereinigten Staaten auf dem metrischen System basierten, während die von Preußen, Belgien und Russland anhand der Toise kalibriert wurden. Der älteste physikalische Standard war die Toise von Peru, die 1735 als Referenzstandard für die französische geodätische Mission zum Äquator errichtet worden war, die von 1735 bis 1744 im heutigen Ecuador durchgeführt wurde.^[20][21]

1861 schlug Johann Jacob Baeyer, ein Schüler Friedrich Bessels, die Gründung der Mitteleuropäischen Gradmessung vor. Ziel dieser Vereinigung war es, Anomalien in der Erdform durch präzise geodätische Triangulationen in Kombination mit Gravitationsmessungen zu bestimmen. Man wollte das Geoid mithilfe gravimetrischer Messungen und topografischer Nivellierungsarbeiten ermitteln, um ein genaues Verständnis der Erdkugel unter Berücksichtigung lokaler Unterschiede in Schwerebeschleunigung und Höhe zu gewinnen.^[22][23] Als 1864 Dänemark, Sachsen-Coburg und Gotha, die Niederlande, Russland (über Polen), die Schweiz, Großherzogtum Baden, Königreich Sachsen, Italien, Österreich, Schweden, Norwegen, Königreich Bayern, Mecklenburg-Schwerin, Königreich Hannover und Belgien beschlossen, teilzunehmen, wurde die von Bessel verwendete Toise als internationaler geodätischer Standard übernommen.^[24][8]

Guillaume Henri Dufour, Gründungsmitglied des Internationalen Komitees vom Roten Kreuz, trug als Mitglied der Schweizerischen Geodätischen Kommission ab 1861 zur Gründung der Mitteleuropäische Gradmessung.^[22] Im Jahr 1866 schlug Carlos Ibáñez de Ibero in Neuenburg vor, dass Spanien der geodätischen Vereinigung beitreten sollte.^[25] Ferdinand Rudolph Hasslers Verwendung des Meters, die ein Argument für die Einführung des Metric Act von 1866 war, der die Verwendung des Meters in den Vereinigten Staaten erlaubte,^[26] spielte wahrscheinlich auch eine wichtige Rolle bei der Wahl des Meters als internationale wissenschaftliche Längeneinheit und bei dem Vorschlag der Europäischen Gradmessung im Jahr 1867,^[5] zu diesem Zweck ein „Europäisches Internationales Büro für Gewichte und Maße“ zu errichten.^[24][27]

Im Jahr 1869 sandte die Russische Akademie der Wissenschaften der Französischen Akademie der Wissenschaften einen von Otto Wilhelm von Struve, Heinrich von Wild und Moritz von Jacobi verfassten Bericht, in dem sie die französische Akademie aufforderten, gemeinsam Maßnahmen zu ergreifen, um die allgemeine Verwendung des metrischen Systems in allen wissenschaftlichen Arbeiten zu gewährleisten.^[28][5]

Wie Carlos Ibáñez de Ibero argumentierte, hätte die Geodäsie, wenn die Präzisionsmetrologie auf ihre Hilfe angewiesen war, ohne die Unterstützung der Metrologie nicht gedeihen können. Tatsächlich wäre es unmöglich gewesen, alle Messungen der Erdkrümmung in einer einzigen Einheit auszudrücken und alle Bestimmungen der Schwerkraft mithilfe des Pendels zu bestimmen, hätte die Metrologie nicht eine gemeinsame, von allen zivilisierten Nationen anerkannte und respektierte Einheit geschaffen. Diese Einheit ermöglichte es, alle Regeln zur Messung geodätischer Basen und aller zugehörigen Pendelstäbe mit hoher Präzision in derselben Einheit zu vergleichen. Erst als diese Reihe metrologischer Vergleiche mit einem wahrscheinlichen Fehler von einem Tausendstel Millimeter abgeschlossen war, konnte die Geodäsie die Arbeiten der verschiedenen Nationen miteinander verknüpfen und somit das Ergebnis der Erdvermessung verkünden.^[29] Als 1872 beschlossen wurde, einen neuen internationalen Standardmeter zu schaffen,^[5] wurde die Länge des Archivmeters „in dem Zustand, in dem er sich befindet“ als Grundlage genommen.^[30][31]

Fehler bei der Bestimmung des Breitengrades von Barcelona, die auf die Lotabweichung zurückzuführen waren, waren lange als Hauptursache für die ungenaue Länge des Meridianbogens von Delambre und Méchain gewusst, die die ursprüngliche Definition des Meters beeinflussten.^[32] Als 1866 weitere Fehler der Messung anerkannt wurden,^[33] wurde eine Neuvermessung des französischen Bogens zwischen Dünkirchen und Perpignan dringend notwendig. Die Arbeiten zur Revision des französischen Bogens in Verbindung mit der spanischen Triangulation wurden erst 1896 abgeschlossen. Unterdessen hatten französische Geodäten 1879 mit Hilfe der Geodäten des Madrider Instituts unter der Leitung Carlos Ibáñez de Ibero die Verbindung zwischen Algerien und Spanien hergestellt.^[16]

Die Meterkonvention wurde 1875 in Paris unterzeichnet, und das Internationales Büro für Maß und Gewicht wurde unter der Aufsicht des Comité International des Poids et Mesures (CIPM) gegründet. Erster Präsident des CIPM war der spanische Vermesser Carlos Ibáñez de Ibero.^[34] Gilberto Govi wurde zum ersten Direktor des Internationalen Büros für Maße und Gewichte ernannt.^[5]

1886 schlug Adolphe Hisch vor, alle im 19. Jahrhundert in Europa als geodätische Standards verwendeten Toisen im Internationalen Büro für Maß und Gewicht mit der Toise von Peru und dem neuen internationalen Meter zu vergleichen, um die bis dahin vorgenommenen Messungen zu überprüfen.^[8] Die Beobachtung der Diskrepanzen zwischen den verschiedenen Messstäben, die von Geodäten verwendet wurden, veranlasste die Internationale Erdmessung auf ihrer Sitzung der Ständigen Kommission in Neuenburg im Jahr 1866, die Schaffung eines Weltinstituts zum Vergleich geodätischer Standards in Erwägung zu ziehen – der erste Schritt hin zur Gründung des Internationalen Büros für Maß und Gewicht.^[27][28] Die Ergebnisse dieser Vergleiche ermöglichten die metrische Bestimmung der in Deutschland vermessenen Kreisbögen. Die verbleibende Differenz von 1/66.000 zwischen den gemeinsamen Dreiecken der deutschen und französischen Netze konnte auf 1/600.000 reduziert werden, was damals die Genauigkeitsgrenze geodätischer Messungen darstellte.^[35] Der Wert der Bessel-Toise, der gemäß der damals geltenden Rechtsbeziehung zwischen dem Meter und der Toise von Peru 1,9490348 m betragen sollte, war bei Messungen im Internationalen Büro für Maß und Gewicht um 26,2 10⁻⁶ m höher.^[27][35]

1889 tagte die Generalkonferenz für Maß und Gewicht in Sèvres, dem Sitz des Internationalen Büros. Sie verabschiedete und verteilte Prototyp-Normen von beispielloser Präzision an die Regierungen der Unterzeichnerstaaten des Meterkonvention und erfüllte damit das Motto: „A tous les temps, a tous les peuples“ (Für alle Zeiten, für alle Völker). Ziel war die weltweite Einführung des metrischen Systems.^[36][5]

In Zusammenarbeit mit der Internationalen Erdmessung wurde das Internationale Büro für Maß und Gewicht dank der Entdeckung von Invar, einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem Ausdehnungskoeffizienten nahe Null, durch Charles Édouard Guillaume zum weltweiten Referenzzentrum für die Messung geodätischer Basen.^[5][37] Im Jahr 1906, vor der Eröffnung des Simplontunnels, nutzten Schweizer Vermesser Invardraht-Messgeräte, um die Entfernung zwischen den Bahnhöfen Brig und Iselle zu messen. Dieses Verfahren wurde später zur Vermessung und Ausrichtung großer Teilchenbeschleuniger eingesetzt.^[38]

Commons: Internationales Büro für Maß und Gewicht – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• BIPM: Bureau International des Poids et Mesures (englisch/französisch) – Offizielle Webseite