| Referenz | Hertz (Hz) | Nanohertz (nHz) |
|---|---|---|
| European mains electricity | 50 Hz | 5 × 1010 nHz |
| Concert pitch A above middle C | 440 Hz | 4.4 × 1011 nHz |
| An FM radio station | 100000000 Hz | 1 × 1017 nHz |
| A Wi-Fi band | 2.4 × 109 Hz | 2.4 × 1018 nHz |
| A desktop processor clock | 3 × 109 Hz | 3 × 1018 nHz |
Das Hertz ist die SI-Einheit der Frequenz und entspricht einer Schwingung je Sekunde. Sein Zeichen ist Hz. Es ist eine abgeleitete Einheit, deren Dimension schlicht eins durch Zeit lautet, sodass eine Größe in Hertz zählt, wie oft sich etwas in einer Sekunde wiederholt.
Benannt ist es nach Heinrich Hertz, der zwischen 1886 und 1889 im Labor Radiowellen erzeugte und nachwies und damit Maxwells Voraussage bestätigte, dass Licht und elektromagnetische Wellen dasselbe Phänomen sind. International übernommen wurde die Einheit 1960; sie ersetzte die ältere und wörtlichere Angabe Schwingungen je Sekunde, die auf alten Geräten gelegentlich noch zu sehen ist.
Der Schall belegt das untere Ende der Skala. Das menschliche Gehör reicht von etwa 20 Hertz bis 20 000 Hertz, wobei die obere Grenze mit dem Alter sinkt und in der Lebensmitte meist deutlich unter 16 000 Hertz liegt. Musikalische Tonhöhe ist Frequenz: das a über dem eingestrichenen c ist per Übereinkunft auf 440 Hertz festgelegt, und jede Oktave ist eine Verdopplung, sodass derselbe Ton eine Oktave höher 880 Hertz misst.
Der Netzstrom wechselt in den meisten Teilen der Welt mit 50 Hertz und in Nordamerika sowie Teilen Japans und Südamerikas mit 60 Hertz. Die Teilung ist historisch und nicht technisch bedingt; sie geht auf konkurrierende Gerätenormen des späten neunzehnten Jahrhunderts zurück und erklärt, warum Geräte und Uhren, die von der Netzfrequenz abhängen, nicht ohne Weiteres zwischen den Regionen wechseln können.
Bildschirme und Rechentechnik verwenden es fortwährend. Eine Anzeige mit 60 Hertz Bildwiederholrate zeichnet sich sechzigmal je Sekunde neu, und höhere Raten mindern die sichtbare Bewegungsunschärfe. Taktfrequenzen von Prozessoren, früher in Megahertz und heute in Gigahertz, zählen dasselbe: wie oft je Sekunde der interne Takt schlägt.
Die Einheit gilt außerdem für alles Periodische, das keine Welle ist. Eine Herzfrequenz von 60 Schlägen je Minute ist ein Hertz, ein Pendel mit einer Sekunde Periode schwingt mit einem Hertz, und die Frequenz einer drehenden Welle in Umdrehungen je Sekunde wird gleich ausgedrückt.
Ein Hertz entspricht einer Schwingung je Sekunde, 1000 Millihertz oder einem Tausendstel Kilohertz.
Das Nanohertz ist eine Frequenzeinheit und entspricht einem Milliardstel Hertz. Sein Zeichen ist nHz. Ein Nanohertz ist eine Schwingung je Milliarde Sekunden, knapp zweiunddreißig Jahre; eine einzige Schwingung dieser Frequenz dauert also länger als die meisten Berufslaufbahnen.
Fast nichts nutzt sie, und dann wurde sie 2023 zu einer der meistbesprochenen Einheiten der Physik. Mehrere Kollaborationen von Pulsar-Timing-Arrays, unabhängig voneinander auf vier Kontinenten tätig, berichteten Hinweise auf einen Hintergrund von Gravitationswellen im Nanohertzbereich. Das Signal scheint von Paaren supermassereicher Schwarzer Löcher zu stammen, die einander in den Zentren verschmolzener Galaxien über die gesamte Geschichte des Universums hinweg umkreisen.
Das Messverfahren ist bemerkenswert. Millisekundenpulsare sind Neutronensterne, die sich hundertfach je Sekunde drehen und einen Strahl aussenden, der mit außerordentlicher Regelmäßigkeit über die Erde streicht und es mit Atomuhren aufnimmt. Eine Gravitationswelle, die die Galaxis durchquert, dehnt und staucht den Raum zwischen Erde und jedem Pulsar und verschiebt die Ankunftszeiten der Impulse um einige hundert Nanosekunden. Indem Dutzende Pulsare zwei Jahrzehnte lang beobachtet und auf ein bestimmtes Korrelationsmuster hin geprüft werden, weisen Astronomen Wellen nach, deren Wellenlängen in Lichtjahren gemessen werden.
Bei diesen Frequenzen könnte kein Gerät anders arbeiten. Ein Detektor muss in seiner Größe mit der gesuchten Wellenlänge vergleichbar sein, und eine Gravitationswelle von einem Nanohertz hat eine Wellenlänge von einigen Dutzend Lichtjahren. Die Galaxis selbst ist die Apparatur, und die Pulsare sind ihre Marken.
Sonst erscheint die Einheit nur in den langsamsten natürlichen Zyklen. Die Präzession der Erdachse benötigt rund 26 000 Jahre, etwa 1,2 Nanohertz. Die Bahnschwankungen von Exzentrizität, Schiefe und Präzession, die den Takt der Eiszeiten vorgeben, die Milanković-Zyklen, reichen von etwa 0,5 Nanohertz bis zu einem Zehntel davon.
Unterhalb des Nanohertz gerät der Begriff der Frequenz in Bedrängnis, denn nichts ist lange genug beobachtet worden, um einen vollen Zyklus zu sehen, und der Wert wird aus der Theorie erschlossen statt gezählt.
Ein Nanohertz entspricht 0,000000001 Hertz, einer Schwingung je Milliarde Sekunden oder 0,001 Mikrohertz.