130 yıldır kullandığımız kilogramın tanımı Mayıs 2019’dan beri kuantum fiziğinde temel bir sabit olan Planck sabiti cinsinden tanımlanmaya başladı. Bu yeni tanım sayesinde, kilogram şu ana kadar kullandığımız kütle birimlerinin hepsinden daha doğru hale geldi. 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.
Kilogramın Kısa Tarihçesi
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. Ayrıca göz atmak da isteyebilirsiniz: Henri Poincaré Matematik Sayesinde Adaleti Nasıl Sağladı?
Sonunda bu sorun Fransız devrimi esnasında çözülecekti. Devrimcilerin ilk işlerinden biri, ölçü birimlerinin standartlaştırılması için çalışma başlatmak oldu. İlk büyük karar metrenin bir standarta bağlanması oldu. Bu konunun detayları bu yazıda: Kral Dirseğinden Işık Hızına: 1 Metre Nedir? Metrenin Kısa Tarihi
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. Kilogram da suya bağlı tanımlandı ve bir desimetreküp suyun ağırlığına eşitlendi.
Ancak ilerleyen süreçte bir ağırlık birimini suya bağlı olarak tanımlamanın bazı sorunlara neden olduğunu fark ettik. Bugün “Le Grand K” (daha bilinen adıyla büyük K) olarak bilinen ilk emsal kilogram 1799 yılında tamamı platinden 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 kopyalarında kopyaları yapılarak kilogram dünya genelinde bir standarta kavuştu. Bu kopyaların, her 40 yılda bir Paris’de bulunan merkeze gönderilmesi ve aslı ile karşılaştırılması karara bağlandı. 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.
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 taşımaktadır.
Planck Sabiti ile Kilogramın Tanımı Nasıl İlişkili?
Adını Max Planck’tan alan Planck sabiti (h) ışığın içerisindeki en küçük enerji paketleri olan fotonların enerjileri (E) ile frekansları (ν) arasındaki sabit orandır. Fotonların frekansı ile enerjisini ilişkilendiren E=hν eşitliğindeki h sabiti bugün Planck sabiti olarak adlandırılıyor.
Geçmişte araştırmacılar çeşitli deneysel yöntemler kullanılarak bu sabitin sayısal değerini hassas bir biçimde belirlemeyi başardılar. Bu sayı 6,63 x 10-34 Joule/saniyeye biçimindedir. Planck sabitini tanımlayan denklem Planck-Einstein ilişkisi olarak adlandırılmaktadır. Detaylar için: Planck Sabiti Nedir ve Evren Neden Ona Bağlıdır?
Planck sabiti yıllar içinde değişti. Daha karmaşık araçlar yardımı ile 2018’de Planck sabiti güncellenecekti. Sonrasında da Uluslararası Birimler Sisteminin bir parçası oldu. Şimdi ise değeri 6.62607015 x 10 -34.
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. 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.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- The Kilogram Will Change Forever. Here’s What That Really Means; Yayınlanma tarihi: 18 Mayıs 2019; Bağlantı: https://www.sciencealert.com
- Scientists just voted to change the definition of a kilogram. Yayınlanma tarihi: 16 Kasım 2018; Bağlantı: https://bigthink.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
