İki hafta sonra kilogramın tanımı değişecek

Yaklaşık iki hafta sonra bilim tarihinin en önemli kilometre taşlarından birine tanık olacağız. Bir oylama yapılacak. Bilimde kullanılan tüm ölçü birimlerinin atası sayılan 7 temel ölçü biriminin 4’ünün tanımı değişecek.

Bununla ilgili ayrıntıları vermeden önce size bir sorum var. Hiç düşündünüz mü “kilogram” dediğimiz şey nereden çıkmış? Kütlenin temel birimi olan bu kelimeyi günlük hayatımızda sıkça kullanıyoruz sonuçta. Özellikle kilo vermeye çalışanlar inceden inceye hesaplar yapıyor bu konuda 🙂 Peki basküle çıkınca yazan o şey ne kadar doğru acaba? Şimdilerde hemen her şey dijital olarak ölçülüyor ama eskiden terazi kullanılırdı. Mesela Amasya’da pazarda alışveriş yaparken satıcı terazinin bir kefesine misket elmalarını diğerine de ağırlıkları koyardı. Peki oradaki 1 kilogramın 1 kilogram olduğunu nereden biliyoruz? Bunlar kime göre, neye göre hesaplanıyor, üretiliyor, kullanılıyor?

Bunun için önce Amasya’dan Gebze’ye gitmemiz gerekiyor. Türkiye’nin en doğru ölçülmüş kilogramı orada, Tübitak Ulusal Metroloji Enstitüsü’nde muhafaza ediliyor. Diğer tüm kilogramlar, 54 numaralı o prototipe göre yapılıyor. Peki Tübitak bu kilogramı nereden bulmuş? Bunun için de Gebze’den kalkıp Paris’e gitmemiz gerekiyor. Sevres yakınlarındaki bu binanın bodrum katında, çok iyi korunan ve ancak üç ayrı anahtarla açılabilen kilitli bir kasanın içinde hava geçirmeyen cam bir fanus var. Onun içinde bir tane daha cam fanus var. Ve onun içinde bir tane daha. İşte onun içinde… Şimdi masal anlatıyor olsaydım bir tane elma var demem gerekirdi. Ama şu ana kadar anlattıklarımın tamamı gerçek. Ve Paris’in hemen dışındaki o binanın bodrum katında, kilitli kasanın içinde iç içe geçmiş üç ayrı cam fanusun altında saklanan şey dünyanın tek gerçek kilogramı. Fransızlar kendisine “Le Grand K” diyor. Yani büyük K. “Kiloların kilosu.” Tüm kilolara hükmeden tek kilo!

1889 yılında yapılmış. %90’ı platinyum, %10’u iridyumdan. Size onun gerçek değil bilgisayarla üretilmiş bir görüntüsünü gösterebiliyorum ancak. Çünkü gerçeğini göremezsiniz. Onunla beraber üretilmiş 40 kopya var. Daha sonra da bu kopyaların kopyaları yapılmış ve dünya ülkelerine dağıtılmış. İşte bunlardan 54 numaralı kopya bizde. Her ülke kendi içindeki düzenlemelerini bu kopyalara göre yapıyor. Şimdi size “kilogram” kelimesinin bizdeki resmi tanımını göstereyim mi? O zaman 3516 sayılı “ölçüler ve ayarlar kanunu”nun 8. Maddesine bir bakın.

Peki bu kopyaların aslına uygunluğu nasıl denetleniyor? Orijinalini göremeyeceğinizi söylemiştim. Bu kopyalar 40 yılda bir karşılaştırma yapmak üzere Paris’e gönderiliyor. 40 yılda bir olduğu için şimdiye kadar sadece tarihte üç kez yapılmış bu doğrulama işlemi. Ve ne çıkmış biliyor musunuz? Kopyalar da orijinal kilogram da zaman içinde değişiyor. Yapılan hesaplamalara göre orijinal kilogram bugüne kadar  50 μg kaybetti. Yani 50 milyonda bir oranında zayıfladı. Bu bir toz zerresinin kütlesi kadar bir şey. Kilogramla ilişkisi sadece baskülde gördüğü sayıdan ibaret bizim gibi sıradan kişiler için ihmal edilebilecek önemsiz bir ayrıntı gibi görülebilir. Ama bilim ve teknoloji alanında yapılan çalışmalar için bu çok önemli bir kayıp. Geçen hafta gelecekteki teknolojik gelişmelerle ilgili bazı bilgiler vermiştim ve mesela 2035’te nanometre ölçeğinde küçük robot sürüleri üretilmeye başlanacak demiştim. O kadar uzağa gitmeye de gerek yok. Şu anda bu videoyu izlemekte olduğunuz cep telefonunuzu ya da bilgisayarınızı düşünün. Onun içindeki mikroişlemcilerin üretiminde de bu ölçüler kullanılıyor ve bu konuda son derece hassas olmak gerekiyor.

Bilimde kullanılan 7 temel ölçü birimi var demiştim ya. Dünyanın tüm ülkeleri bunları kullanıyor. Hatta normalde pound, inch, mil gibi bizden farklı ölçüleri benimsemiş olan ABD’deki laboratuvarlarda da tüm ölçümler bu ana 7 ölçü birimi ve bunlardan türetilen diğer ölçü birimlerine göre yapılıyor.

Diyelim ki Amasya’daki o elmaları tartmak değil de uzaya göndermek istiyorsunuz. 100 gramlık bir kütleye sahip misket elmasını dikey olarak havada bir metre kaldırabilmek için gereken enerjiyi Joule cinsinden nasıl hesaplarsınız? Gördüğünüz gibi bu formülde de kilogram kullanmak durumundayız. Kullandığımız o ilk kg hatalı olursa yapacağımız hesap da hatalı olur. Sonra Mars’ta nasıl elma satacağız diye düşünüp dururuz.

Her şey zincirleme olarak birbirine bağlı. Zinciri kırmamak için en baştaki halkayı, o ilk kilogramı yeniden düşünmek zorundayız. Tek bir cümle içinde iki ayrı videoyama daha gönderme yaptım ama gerçekten de böylesine önemli bir ölçü birimini bilim insanları yeniden tanımlamayı planlıyor. Bu da bizi bu videonun en başında bahsettiğim konuya getiriyor.

Takvimlerinizi ayarlayın. 16 Kasım 2018’de yine Fransa’da Versay Şatosu’nun yakınında “Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı” yapılacak. 57 ülkeden giden temsilciler bu konferansta kilogramın yeni bir tanımına karar verecek. Bizim 129 yıllık meşhur kiloların kilosu muhtemelen müzelik olacak. Onun yerine düşünülen alternatif yöntemler için de bir oylama yapılacak. Ve bu oylamanın sonucunda kilogram evrensel bir sabite bağlanacak. Planck sabitine.

Planck ismini nereden hatırlıyoruz? Gözlemlenebilir evrendeki en büyük ve en küçük şeyleri anlattığım bir video vardı. Orada atom altı parçacıklara indiğimizde Planck birimlerinden söz etmeye başlamıştık. İşte Planck sabiti (h) ışığın içerisindeki en küçük enerji paketleri olan fotonların enerjileri (E) ile frekansları (ν) arasındaki sabit orandır: E=hν.

İşte bilim insanları kilogram gibi çok önemli bir ölçü birimini kasaların içinde saklanan bir nesneye bağlamak yerine daha evrensel bir şeye bağlamak istiyorlar. Bunun için de 1999’da Einstein’ın ünlü E=mc2 formülünü kullanarak Planck sabitiyle kütle arasında bir ilişki kurup kilogramın buna göre tanımlanmasını önerdiler. Buna alternatif oluşturulan başka araştırma grupları ve onların da farklı çözüm önerileri var ama dediğim gibi büyük bir ihtimalle bu tanım seçilerek 20 Mayıs 2019’dan itibaren dünyada ve bizim ülkemizde kullanılmaya başlanacak.

Geçtiğimiz ay Tübitak’ta buna hazırlık için yapılan Kibble Balans Deneyi’nin birinci fazı başarıyla tamamlandı ve 3 x 10-7  bağıl belirsizlik seviyesine ulaşıldı. Ancak kilogramın yeni tanımı için bu seviye yeterli değil.

O yüzden şimdi ikinci faz için çalışmalar devam ediyor. Bu arada deneyin yapılabilmesi için şuna benzer bir düzenek kullanmak gerekiyor. İkinci fazda 2 x 10-8 bağıl belirsizlik seviyesine ulaşılabilirse Ulusal Kilogram Prototipimiz oluşturulmuş olacak. Böylece hem ulusal kütle ölçümlerini güvence altına almak bağlamında Fransa’ya ya da başka bir ülkeye bağımlılığımız kalmayacak, hem de “Ulusal Metroloji Enstitüsü” birincil yönteme sahip olmayan dünyadaki diğer bazı enstitülere uluslararası kütle kalibrasyon hizmeti verebilecek. Biz de 1 kg Amasya elması aldığımızda onun gerçekten 1 kg olduğundan emin olarak afiyetle yiyeceğiz.

16 Kasım’da “Kilogram”la birlikte “Kelvin”, “Ampere” ve “Mole”ün de tanımları değişecek. Peki geriye kalan üç ölçü birimi ne olacak derseniz, onlar zaten evrensel sabitlere bağlanmıştı. Mesela “metre”nin tanımı… Durun bunu da ben söylemeyeyim, siz araştırın bakalım. İpucunu çoktan verdim size. Planck uzunluğundan bahsettiğim o “en büyükler ve en küçükler” videosunun diğer ucunda saklı. Cevabı bulunca sadece bir tanımı anlamakla kalmayacaksınız. Zaman ve mekan arasındaki ilişkiyle aydınlanacaksınız.

İki mekan arasındaki en uzun mesafe, zamandır. – Tennessee Williams