Tam olarak bir saniye nedir? Cevap olarak basitçe, bir dakikanın 60’da biri ya da bir saatin 3600’de biri diyebilirsiniz. Vereceğiniz bu cevap elbette hatalı değil ancak soru, soruyu doğururmuş. O zaman bir başka soru soralım. Tam olarak bir saat nedir? Aslında bir saat ya da bir saniye sadece biz onu tanımladığımız için vardır. Üstelik bir saniyenin tanımı yakın zamanda değişebilir.
Yüzyıllar boyunca Dünya’nın dönüşünü temel alarak zamanı ölçtük. Eski Mısırlılardan Yunan astronomlarına ve Babillilere kadar, zaman ölçümünü gün, saat, dakika ve saniye olarak sürekli olarak geliştirdik.
Sonucunda Dünya’nın kendi ekseni etrafında bir kez dönmesi veya güneş etrafında bir kez dönmesi için geçen süre oldukça sabittir. Bu insanlık tarihinin çoğu için zamanın geçişini işaretlemenin bir yolu olarak yeterliydi. İşte bu nedenle, neredeyse bin yıl boyunca birincil ölçü birimimiz Güneş zamanıydı.
Güneş’in doğudan doğup batıdan batması ve yeniden doğması bir gün kabul edildi. Saniyenin uzunluğu da, temel matematik kullanılarak esasen güneş zamanına göre belirlenmişti. Yani saniye Dünya’nın kendi etrafındaki dönüşüne dayanıyordu.
Bu nedenle bir gün ise 24 saate, bir saat 60 dakikaya ve bir dakika 60 saniye denk oldu. Bunun sonucunda da bir güneş gününün de 86.400 saniye olduğu ortaya çıktı. Ancak bir sorun vardı. Dünya sabit bir hızla dönmüyordu.
Bir Saniye Ne Kadar?
Yukarıda aktardıklarımız, bilim insanlarının Dünya’nın dönüşünün yeterince kesin olmadığını fark ettikleri 1950’li yıllara kadar saniyenin resmi tanımıydı. Ancak Dünyanın dönüşü ve yörüngesi zamanla biraz değişir.
Gerçekten de gelgit sürtünmesi gibi etkenler yüzünden Dünya’nın dönüşü her 10.000 yılda 30 saniye kadar yavaşlar. Bu da bir saniyenin zamanla yavaş yavaş uzayacağı anlamına gelir. Dünya’nın dönüşünün düzensizliği, bilim adamlarını zamanı ölçmek için yeni bir yol araştırmaya yöneltti. Bu soruna bir çözüm olarak bir saniyeyi tam bir yılın, yani Güneş’in tam bir turunun, alt bölümü olarak hesaplamaya başladık.
Ancak yılların uzunlukları da değişkendir. Nihayetinde,1960 yılında saniyenin belirli bir yılı temel alarak hesaplanmasına karar verildi. Bu yıl için de 1900 yılı uygun görüldü. 1900 yılı 365,242198 gün yapar. Böylece bir saniye bir yılın 1/31 556 925,9747’si olarak tanımlandı. Ancak bu çözüm de beraberinden bazı sorunlar taşıyordu. Ayrıca zamanla saati daha doğru hesaplama ve bu nedenle saniyeden daha küçük alt birimleri belirleme ihtiyacı ortaya çıktı.
İşte o zaman dünyanın resmi zaman tutucularının makro yerine mikro olmasına karar verdik. Gözümüzü güneşten uzaklaştırdık, dünyaya geri döndük. Bilim insanları, astronomik süreçlere değil, atomların hareketine dayanan yeni bir saat tasarımıyla bir saniye ne kadar sorusunun cevabını tam olarak verdiler.
Atom Saatleri İle Zamanı Ölçmek
Günümüzde saniye hesabı için 1967 yılından beri, atom zamanı temel alınıyor. Atom saati, atomların rezonans frekanslarını sayarak zamanı ölçen bir saat çeşididir. 3 milyon yılda 1 saniye hata yapmalarının ihtimali sadece % 22,522’dir. Atom zamanı, belirli bir elementin (genellikle sezyum) atomundaki enerji geçişlerine dayanıyor.
Sezyum bu iş için tek element değildir, ancak yalnızca bir kararlı izotopu vardır. Bu nedenle saflaştırılması daha kolaydır. Ayrıca diğer bazı atomların aksine, hem yeterince büyük hem de hızlıdır.
Araştırmacılar, sezyum atomlarını izole edip mutlak sıfıra yakın bir değere soğutarak, yaydığı elektromanyetik radyasyon darbesiyle her bir dönüşü ölçer. Bu sayede de saniyeyi tanımlar. Bu yeni saniye elbette eskisinden pek de farklı değildir. Ancak artık kalıcıdır.
Günümüzde Bir Saniye Ne Kadar?
Ancak bu hala bilim insanları için yeterince iyi değil. Atom saatleri, diğer şeylerin yanı sıra bilgisayarları ve GPS sistemlerini kalibre etmede önemli bir rol oynar ve daha hızlı işlemciler ve daha iyi konumlandırma sistemleri elde etmek için daha da iyi zaman tutma sistemlerine ihtiyacımız olacak.
2016’da Alman araştırmacılar, stronsiyum elementine dayalı ve kalibrasyon için mikrodalga emisyonları yerine optik ışık kullanan daha da iyi bir atom saati önerdiler. Stronsiyum, sezyumdan çok daha hızlı döngü yapar ve bu bir atom saatini daha da hassas hale getirir.
Ancak böyle bir saat henüz daha yapılmadı. Bu nedenle sezyum atomu bugün nihai zaman tutucu olmaya devam etmektedir. Tüm bunların sonucunda da bir saniye ne kadar sorusunun cevabı artık “oda sıcaklığındaki uyarılmamış Sezyum-133 atomunun temel durumdaki iki enerji seviyesi arasındaki geçişe karşılık gelen, 9.192.631.770 döngülük radyasyon, tam olarak 1 saniyedir” biçiminde olacaktır.
Bir Saniyenin Tanımı Bir Kere Daha Değişmek Zorunda Gibi Gözüküyor
Dünyanın dört bir yanına dağılı birkaç düzine yüksek seviyeli optik atomik saat vardır. Ancak farklı laboratuvarlarda bulunan, farklı optik atomik saatler birbirinden farklı okumalar yapabiliyor. Bu Albert Einstein’ın genel görelilik teorisi ile ilgili bir sorun. Çünkü saatlerin deniz seviyesine göre yükseklikleri ölçtükleri zamanı etkileyebiliyor. Saat ne kadar yüksek olursa, zaman da o kadar hızlı geçiyor.
Bu nedenle dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları, bir saniyeyi daha kesin olarak tanımlayan bir atom bulmak için araştırma yapmaya devam ediyor. Günümüzde, sezyumdan daha hızlı hareket eden atomların varlığını biliyoruz.
Bir saniyeyi tanımlamak için çalışan küresel kuruluş BIPM, 2030 yılına kadar potansiyel onayın gerçekleşmesiyle bu on yılın sonunda yeni bir tanımın tartışılmasına hazır olduğunu bildirdi. Bu bizler gibi sıradan insanlar için pek bir şey ifade etmeyecektir.
Ancak bilim insanları, bir saniyenin daha doğru bir şekilde yorumlanmasının, karanlık maddeye ve yerçekimi dalgalarındaki değişimlere yönelik araştırmalardaki sorunları çözmemize yardımcı olacağını söylüyor. Bizim yapacağımız bekleyip görmek gibi gözüküyor. Ayrıca göz atmak isterseniz: Zamanı Ölçme Kolay Değil: Zamanın 20.000 Yıllık Kısa Tarihi
Kaynaklar ve İleri Okumalar:
- How Long Is One Second, Really?; Yayınlanma tarihi: 20 Haziran 2016; Bağlantı: https://www.seeker.com/
- Why 1 Second Is 1 Second; Yayınlanma tarihi: 18 Ocak 2018; Bağlantı: https://www.discovermagazine.com
- Scientists Want to Change How Long the Second Is. Yayınlanma tarihi: 26 Nisan 2022; Bağlantı: https://www.popularmechanics.com/
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel