Bir kilogram ne kadardır? 1000 gram. 2,20462 pound. Peki kilogramın tanımı aslında nereden geliyor ve herkes aynı ölçümü kullandığından nasıl emin olabiliyor?
1889’dan Mayıs 2019’a kadar 130 yıl boyunca, kilogramı tanımlamak için Paris yakınlarında tutulan standart bir metal blok kullandık. Ancak günümüzde kilogramın tanımı kuantum fiziğinde temel bir sabit olan Planck sabiti cinsinden yapılıyor. Peki ama bu tam olarak ne anlama geliyor. Plank sabiti ile kilogramın tanımı arasında nasıl bir ilişki var? Gelin bu yazıda kısaca bunu anlamaya çalışalım. Ancak öncelikle kilogramın hayatımıza nasıl dahil olduğunu anımsayalım.
Antik çağlardan Rönesans’a kadar bütün eski dünya halkları ağırlık ölçümünde bir standardı yakalayamamıştı. Sorun ölçme eyleminde kullanılan birimlerin kafa karıştırmasıydı. Ağırlık birimlerindeki ölçüsüzlük sadece ticareti değil kültürel hayatı da etkilemekteydi. Pek çok yerde görmeye alışık olduğumuz adalet sembolüne dikkatli bakarsanız eldeki ölçüm aletleri dikkatinizi çekecektir. Sonucunda doğru tartmak, adaletli olmak demektir.
Kilogramın Kısa Tarihçesi
Sonunda bu sorun Fransız devrimi esnasında çözülecekti. Devrimcilerin ilk işlerinden biri, ölçü birimlerinin standartlaştırılması için çalışma başlatmak oldu. İlk büyük karar metrenin bir standartta bağlanması oldu. 1795 yılında da bir santimetre küp saf suyun ağırlığı gram olarak kabul edilecekti. Latincedeki en küçük ağırlık anlamına gelen kelime yeni ölçü sisteminin temel birimi oldu.
Gram belirlendikten sonra bir üst birime gerek vardı. “Kilogram” gramın bin misli oldu. Komisyon, yeni ölçümün 4°C’deki (standart koşullar altında suyun en yüksek yoğunluğa sahip olduğu sıcaklık) bir desimetreküp damıtılmış suyun kütlesi olacağına karar verdi. Bunun avantajı, uygun donanıma sahip laboratuvarların çoğunun bu standardı yeniden üretebilmesiydi.
Ancak ilerleyen süreçte bu tanımlamanın bazı sorunlara neden olduğunu fark ettik. Ne yazık ki kütlenin bu tanımı başka bir değişken ölçüme, metreye bağlıydı. O sıralarda metre de geçici olarak Kuzey Kutbu’ndan Ekvator’a olan mesafenin bir parçası olarak tanımlanıyordu. Metrenin değeri ve suyun en yoğun halindeki sıcaklığı daha doğru tanımlandıktan sonra kilogramın tanımının da değiştirilmesi gerekiyordu.
Bugün “Le Grand K” (daha bilinen adıyla büyük K) olarak bilinen ilk emsal kilogram 1889 yılında tamamı platin ve iridyum karışımından yapıldı. Dünya üzerindeki kullanılan bütün ölçü birimleri artık bu emsal ağırlığa göre üretilebilecekti.
Daha sonra kırk adet kopya, daha önceden sipariş veren ülkelere dağıtılacaktı. Bu kopyaların, her 40 yılda bir Paris’te bulunan merkeze gönderilmesi ve aslı ile karşılaştırılması karara bağlandı. Sonucunda son derece kontrollü bir ortamda saklanmasına rağmen, aşınma ve yıpranma kütle kaybına neden olacaktı. Ayrıca biriken kir de kütlesinin artmasına neden olduğundan ağırlığı küçük miktarlarda değişebilirdi. Bu doğrulama işlemi şu ana kadar üç kez yapıldı ve ortaya çıkan sonuçlar ilginçti.
Kilogramın Tanımı İle İlgili Sorun Neydi?
Hem kopyalar hem de kopyaların kıyaslandığı orijinal kilogram zaman içerisinde değişiklik göstermekteydi. Bu fark çok çok az olsa bile (50 mikrogram kadar) zaman içinde değişkenlik gösteren bir birimi sabit olarak tanımlamak hatalı olur. Bilimde kullanılan yedi temel ölçü birimi vardır ve bunlardan dördü kilogram ile ilintidir. Yani kilogramda olan bir değişim, diğer birimlerin de değişimine neden olacaktır.
Burada yapılması gereken şey kilogramın tanımını bir nesneye bağlı yapmamak olmalıdır. Kilogramı bir kasada saklanan bir bloğa göre ölçmek yerine, doğadaki sabitlerin kesin değerlerine dayanarak tanımlayabiliriz. Ancak bir tanım üzerinde anlaşmaya varmak uzun zaman aldı. Çünkü bu sabitleri milyarda 30 belirsizlikle (ölçümlerin bir birimin 0,00000003’üne kadar doğru olduğu anlamına gelir) kesin standartlara göre ölçebilmemiz gerekiyordu.
Bilim insanları bunu zaten uzun süre önce yapmışlardır. Örneğin bir saniye artık Dünya’nın kendi etrafında dönmesi için geçen sürenin çok küçük bir kısmı değildir. Sonucunda bu süre de, dünya hızlandıkça veya yavaşladıkça değişir. Bunun yerine, bir saniye artık belirli miktarda enerjinin Sezyum-133 atomlarından radyasyon olarak salınması için geçen süre ile tanımlanmaktadır. Benzer bir biçimde bir metre de ışığın 1/c saniyede ( c: ışığın boşluktaki hızı) kat ettiği uzunluktur.
Planck Sabiti ile Kilogramın Tanımı
Kilogramın yeni tanımı, doğadaki başka bir sabit değerden, 6,62607015×10 −34 joule saniye olarak tanımlanacak Planck sabitinden (h) alınan bir ölçümü kullanıyor. Sabit genellikle joule saniye cinsinden ölçülüyor ancak bu aynı zamanda saniyede kilogram metrekare olarak da ifade edilebiliyor.
Saniye ve metrenin ne olduğunu diğer tanımlardan biliyoruz. Yani bu ölçümleri Planck sabitinin tam bilgisiyle birlikte ekleyerek kilogramın yeni ve çok kesin bir tanımını elde edebiliriz. Yeni tanımı oluşturmanın bu kadar uzun sürmesinin nedenlerinden biri, bilim adamlarının Planck sabitini yeterince yüksek bir doğrulukla ölçmek için çok hassas cihazlar üretmek zorunda kalmalarıydı.
Değişimin arkasındaki felsefe açık ve basittir. Bilim insanları dünyayı göreceli bir ölçü biriminden evrensel ve mutlak bir ölçü birimine taşımak istedi. Elbette bu yeni tanım halkın günlük yaşamında hiçbir değişiklik yaratmadı. Çoğu insan için, yeniden tanımlamalara rağmen günlük hayat normal bir şekilde devam edecek.
Bir kilo elma hala bir kilo elma. Ancak metrologlar ve bilim insanları için her şey değişti. Işık şiddeti birimi olan kandela, elektrik akımı birimi olan amper ve madde miktarı birimi olan mol de, yeni kilogram tanımına göre yüksek doğrulukla yeniden tanımlandı. Ve “Kilogram ne kadardır” sorusunu yanıtlamak için artık platin bloklarını karşılaştırmamıza gerek kalmadı.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- The Kilogram Will Change Forever. Here’s What That Really Means; Yayınlanma tarihi: 18 Mayıs 2019; Kaynak site: Science Alert. Bağlantı: The Kilogram Will Change Forever. Here’s What That Really Means
- Scientists just voted to change the definition of a kilogram. Yayınlanma tarihi: 16 Kasım 2018; Kaynak site: Big Think. Bağlantı: Scientists just voted to change the definition of a kilogram/
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 da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
