Fizik

Bir Saniyenin Ne Kadar Uzun Olduğunu Gerçekten Biliyor muyuz?

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? Bazen basit soruların cevaplarını vermek daha zordur. Bu yazıda bir saniyenin günümüzde ne kadar olduğunu anlamaya çalışalım.

Dünya’nın kendi ekseni etrafında bir kez dönmesi veya güneş etrafında bir kez dönmesi için geçen süre oldukça sabittir ve 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 Saniyenin Tanımı İle İlgili Sorun

Saat, dakika, saniye biçiminde zamanı tanımlarız. Ancak zaman ölçümünün en temel birimlerinden olan bir saniyenin tam olarak ne olduğunu, ne kadar olduğunu ve neye göre belirlendiğini bir çoğumuz bilmeyiz. Aslında bu oldukça normal bir durum. Sonuçta bir saniyenin tanımı, tarih boyunca çeşitli değişiklikler geçirdi.

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. 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

Bir elektron belirli miktarda enerji kazanır veya kaybederse atom içindeki başka bir kabuğa geçebilir. Atom saati, elektronların geçişini ölçerek çalışıyor. Elektromanyetik radyasyon halinde açığa çıkan enerji ölçülerek kabuk geçiş frekansı kaydediliyor. sezyum atomu içinde saniyede 9.192.631.770 geçiş gerçekleşir. Bu bir saniyedir.
Görsel Kaynak: https://www.britannica.com/

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 ölçebilir. Bu sayede de saniyeyi tanımlayabilir. 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.

Ayrıca göz atmak isterseniz

Kaynaklar ve İleri Okumalar:

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Bu Yazılarımıza da Bakmanızı Öneririz

Başa dön tuşu