130 yıldır kullandığımız kilogramın tanımı artık değişiyor. Kilogram emekli olmak üzere. Ama üzülmeyin; yarın, yani 20 Mayıs 2019’da yeni bir tanım getirilecek ve bu tanım, şu ana kadar kullandığımız kütle birimlerinin hepsinden daha doğru olacak.
Kilogramın tanımının değiştirilmesi kararı, geçen yıl Versay’da düzenlenen Ağırlık ve Ölçüler Genel Konferans‘ında oy birliği ile alındı. Yarın da bu değişiklik resmileşecek.
“Kilogram öldü, yaşasın yeni kilogram.”
Çoğu insan metrolojinin (ölçüm bilimi) öneminin farkında olmasa da gerçekte ölçme birimleri ve ölçme araçları hem günlük hayatımız hem de bilimsel gözlemlerin kesinliği açısından büyük bir önem taşımakta.
Birimlerin kesin olması yetmez, aynı zamanda temel evrensel sabitlere bağlı olmalıdır. Böylece kullanılan birimlerin değişmezliği garanti altına alınmış olur.
Maalesef Uluslararası Birimler Sisteminin (SI) yedi temel biriminden dördü şu anda fizik sabitlerine dayanmamaktadır: amper (akım), kelvin (sıcaklık), mol (madde miktarı) ve kilogram (kütle).
Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçü Bürosu‘ndan Terry Quinn, birimlerin fiziksel sabitlere bağlı olmasının önemini şöyle açıklıyor: “Eğer birimlerimiz temel fizik sabitlerine dayandırılırsa kararlı ve değişmez olurlar; böylece her yerde ve her zaman evrensel olarak kullanılabilirler.”
Örneğin metre, ışığın boşlukta 1/299792458 saniyedeki hareket miktarı; saniye ise Sezyum atomunun 9.192.631.770 kez salınması için geçen süre olarak tanımlanmıştır. Dikkat edilirse bu tanımlardan hiç biri keyfi bir ölçüye ya da cisme bağlı değildir.
Oysa kilogram, sadece bir kilogramlık kütle olarak tanımlanıyor. Yani keyfi olarak seçilen ve bir kilogram olduğu kabul edilen bir cisimle karşılaştırılarak.
Bugüne kadar kullanılan ve arşiv kilogramı olarak bilinen cisim, 1889 yılında yüzde 90 platin ve yüzde 10 iridyum karışımından yapılmış. Bu örnek cisim, Uluslararası Ağırlık ve Ölçüler Bürosu‘nun merkezindeki özel bir kasada tutuluyor. Yani, insanlar bir nesne üretip,
“Buna kilogram diyeceğiz ve her şeyi bununla tartacağız,” demişler. Keyfi olmadığını iddia edebilir misiniz?
İşin aslı, kilogram, SI’da fiziksel bir nesne tarafından tanımlanan tek temel birimdir.
Her ülke kendi kilogramına sahiptir ve zaman zaman bunu orjinaliyle karşılaştırılmak için Fransa’ya gönderir. Zaten dananın kuyruğu da burada kopmuş: Dünyanın çeşitli yerlerindeki kopyaların kasada kilitli olan orjinal kilogramla aynı kütleye sahip olmadığı anlaşılmış. Kopyalar mı kütle kaybetmiş, yoksa orjinal örnek mi kütle kazanmış, bilmiyoruz. Gerçi aradaki bu fark mikrogram seviyesinde; yani gramın milyonda biri civarında. Yine de bilimsel doğruluk açısından kabul edilemez bir fark bu.
Son birkaç yıldır, metrologlar yeni bir standarda duyulan ihtiyaçtan bahsediyorlar. Artık Planck sabitine dayanan kilogramın yeni tanımı yürürlüğe girmeye hazır. (Planck sabiti, enerjinin fotonun frekansına oranıdır ve değeri geçen yıl oldukça kesin bir şekilde ölçülmüştür.)
Quinn, “Artık Kilogramı yalnızca fizik sabitlerine dayalı olarak tanımlamaya hazırız: Planck sabiti, ışık hızı ve sezyum atomunun rezonans frekansına bağlı olarak yani.”
“Neden bu üçü? Bunun nedeni Planck sabitinin biriminin kg.m²/s olmasıdır. Burada metre ve saniye görüyorsunuz. O halde önce bunları tanımlamanız gerekiyor.” (Metre ışık hızı cinsinden, saniye ise Sezyum’un rezonans frekansı cinsinden tanımlanmıştır.)
Bu yeni tanım halkın günlük yaşamında hiçbir değişiklik yaratmayacaktır. Bir kilo elma hala bir kilo elma olacak. Ancak metrologlar ve bilim insanları için her şey değişecek.
Işık şiddeti birimi olan kandela, elektrik akımı birimi olan amper ve madde miktarı birimi olan mol, yeni kilogram tanımına göre yüksek doğrulukla yeniden tanımlanacaklar.
Quinn, “Yeni tanım, birimlerin hassasiyetini önemli ölçüde geliştirecektir,” diyor. “Ölçümlerin doğruluğunda sınırsız iyileştirmelere yol açacak, hassasiyet büyük ölçüde artıracak ve çok küçük ve çok büyük miktarlarda doğru ölçümler yapma imkanları artacak.”
Bu, bir dönemin sonu olacak. Ve aynı zamanda yeni bir dönemin de başlangıcı…
Kasadaki Kilograma gelince… Uzun yıllar boyunca çok önemli bir yere sahip olan bu metal parçası, iklim kontrollü bir kasada, iki cam kavanozun altında, aynı koşullarda tutulmaya devam edilecek.
Kısmen bir efsanenin mirasını onurlandırmak için… Ama bilim adamları her zaman meraklıdırlar. Bu kez kilogram örneğinin yeni tanıma göre değişip değişmediğini, yani gerçekten kütle kazanıp kazanmadığını araştıracaklar. “Gelecek yıllarda ve on yıllar içinde kütlesinin ne kadar değiştiğini gözlemleyebileceğiz,” diyor Quinn.
Quinn ayrıca, karmaşık görünse de, yeni sistemin aslında herkes tarafından kolayca anlaşılabileceğini belirtiyor. Kendisi bodrum katında legolardan Planck sabitine göre yüzde 5 hata payıyla ölçüm yapabilen basit bir terazi yapmış bile. “Okul çocukları çok eğlenecek,” diyor.
Yeni kilogram tanımı, 20 Mayıs 2019: Dünya Metroloji Günü‘nde yürürlüğe girecek.
Kaynak:
Matematiksel