Kilogramın Tanımı Değişti, Bu Ne Anlama Geliyor?

Bildiğiniz Kg Öldü, Yaşasın Yeni Kg!

16 Kasım'da yaklaşık 60 ülkeden temsilci, bir kilogramın tanımını değiştirmek için Fransa'nın Versailles kentinde buluşacak. Sadece kilogramı değil, sıcaklığın temel birimi olan Kelvin'i, madde miktarını belirten birim olan molü ve elektrik akımı için geçerli olan birim amperin tanımlarını da değiştirecekler. Bu da bir günde 7 temel uluslararası ölçü biriminden 4'ünün değişmesi demek. Ve tüm bunlardan sonra, tüm ölçü birimleri insan eliyle yapılmış fiziksel şeylerdense doğanın temel sabitlerine dayandırılacak.

Kilogram, bir fiziksel nesne üzerinden tanımlanan son temel ölçü birimi. 1799'dan beri bir kilogramı, Paris'te tutulan bir metal silindirin kütlesi tanımlıyor. Bu metal silindir daha sonra, bir kere,1889'da değiştirildi.

Ama bu Uluslararası Prototip Kilogramın (daha bilinen adıyla büyük K) bazı problemleri var. Demek istediğim şu ki, her ne kadar teoride özdeş silindirler olsa da bilim insanları kütlelerinin farklılık gösterdiğini buldu. Yani kendi kütlesini bile korumuyor. Buna ek olarak büyük K'ye ulaşmak hayli zor, bu da bu tanımı kullanmayı gerçekten zor hale getiriyor.

Peki herkesin her yerde ulaşabileceği ve hiç değişmeyecek bir kütle standardını nasıl oluşturursunuz? Çözüm, Planck sabitine belirlenmiş, kesin bir değer atamaktan geçiyor.

Kulağa biraz garip geldiğini biliyorum, bu yüzden biraz sabırlı olun lütfen.

Planck sabiti, genel olarak, bir fotonun frekansının onun enerjisiyle olan ilişkisiyle bilinir. Ama şunu da biliyoruz ki enerji ve kütle E=m*c^2 formülüyle ilişkilendirilmiştir. Umuyorum ki Planck sabitinin kütleye nasıl dahil olduğunu görebiliyorsunuzdur. Ama bugün ben bu videoyu kaydederken de geçerli olan problem şu ki Planck sabiti bir belirsizlik taşır. Yani Planck sabitinde bulunan virgülden sonraki sayıları büyük oranda biliyoruz ama o son birkaç rakamı yok mu... İşte onlar belirsiz. Kesin olan ise Paris'te yeraltında iklim kontrolü sağlanan bir kasada tutulan o platin-iridyum alaşımlı silindirin kütlesi.

Kesinlikle bir kilogram, belirsizlik söz konusu değil.

Çözüm ise durumu tersine çevirerek Planck sabitine belirli bir değer atamaktan geçiyor. Sonrasında ise Paris'teki silindir artık tam olarak 1 kilogram olmayacak. Yani tabii yine bir kilogram olacak ama tam öyle değil. Artık kesin olan şey, kilogramın büyüklüğünü tanımlayacak olan Planck sabiti olacak. Ama eğer Planck sabitinin değerini sabitleyecekseniz değeri düzgün bir şekilde alsanız iyi olur, böylece şu anki tüm ölçülerimiz ve dünyada yer alan tüm kütlelerle tutarlı olur.

Bunun için de son birkaç senede bilim insanları Planck sabitini ellerinden geldiği kesinlikte ölçmeye çalışırken birçok farklı teknik kullandı. Temel metotlardan biri “watt ayarı” idi. Bu yöntemde bir kilogram, elektromıknatıstan gelen kuvvet ile ayarlanır. (Bu konuyla ilgili daha fazla bilgi istiyorsanız videoma bakabilirsiniz.)

Bilim insanları ayrıca dünyadaki tartışmasız en yuvarlak nesneyi ürettiler. Bu nesne, tek çeşit silikon atomlarından yapıldı.

Bu metotlar birbirini tamamlayıcı nitelikte çünkü artık fizikten ve Avogadro sabiti gibi kimyadan aldıkları tüm o bulgularla Planck sabitine gerçek anlamda karar verebilecekler. Eğer oylama iyi giderse Planck sabitinin gelecekteki değeri tam olarak bu sayı olacak. Planck sabiti belirlenmiş olacak. Paris'teki o silindirin kütlesi artık tam olarak bir kilograma eşit olmayacak.

Ama kilogramı diğer şeylerden soyutlanmış bir şekilde tekrardan tanımlayamazsınız, çünkü diğer temel ölçü birimleri de ona dayanmaktadır. Örneğin mol'ü ele alalım. Şu anda bir mol’ün tanımı 12 gram karbon-12’deki atom sayısına denk düşmekte ve buna da Avogadro sayısı diyoruz. Bu sayı, 12 gramın ne olduğuna bağlı ve bu da tabii ki bir kilogramın ne olduğuyla ilişkili. Yani aslında, Avogadro sayısında da şu anda bir belirsizlik var. Ama oylamadan sonraki plan, Avogadro sayısına tam olarak bu değeri atamak. Böylece Planck sabitinin yeni değeriyle içsel olarak bir tutarlılık taşıyacak.

Avogadro sayısı ile Planck sabiti arasında direkt bir ilişki var. Benzer olarak, amper de artık kilograma bağımlı olmayacak. Onun yerine, bir elektronun yükü baz alınarak tanımlanacak. Kelvin de yeniden tanımlanmış Boltzman sabiti baz alınarak tanımlanacak. Boltzman sabiti, bir gazın sıcaklığı ile moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi arasındaki ilişkiyle sağlanır. Ve bu sayı da onun kesin değeri olacak.

Peki bu yeni tanımlamalar bir şey değiştirecek mi? Çoğu insan için hayır. Yani yiyeceklerinizin ağırlığı aynı kalacak, tıpkı sizin ağırlığınız gibi. Ve sıcaklık da hala aynı şekilde çalışacak. Her şey temel olarak aynı kalacak ve olması gereken de bu.

Bu tanım değişikliğinin amacı her şeyi alt üst etmek değil, fakat şeyleri tutarlı ve güvenilir yapmak. Tüm yaptığımız fiziksel bir nesneye olan bağlılığımızı ortadan kaldırmak, bu da en azından teorik olarak herhangi bir yerdeki herhangi bir kişinin inanılmaz kesin ölçümler yapabilmesini sağlayacak.

Şuna dikkatinizi çekmek isterim ki voltun değeri on milyonda biri kadar, direncin değeri de bundan daha az bir oranda değişecek. Çünkü elektrik ölçüm bilimcileri 1990'da Planck sabiti değerini güncellemeyi kesip ellerinde olan değeri kullanmaya devam ettiler. İyi de ettiler… Çünkü tanımlarını ya da aygıtlarını güncellemek zorunda kalmayacaklardı.

Ama şimdi görüyoruz ki Planck sabiti, daha iyi ölçüm tekniklerinden dolayı 1990 değerinden aslında biraz farklı. Yani şimdi elektrik ölçüm bilimcileri değişmek zorunda ama bu az sayıda insan için çok küçük bir değişim olacak. Bence bunun üstesinden geleceklerdir.

Kendime şu soruyu soruyorum, bu konuyla niye bu kadar ilgiliyim ki? Bu konuda dört video yaptım ve sebep şu ki bana göre Dünya ve Evren büyük ve karmaşık bir yer. Ve ne zaman ona belli sayılar atasak, kaostan belli bir düzen, yani evrenimizi ortaya çıkarıyor gibiyiz. Ve bu da şeylerin işleyişine dair kavrayışımızın başlangıcı demek oluyor.

Ölçüler bilimin temelidir ve gözlem yapmamızı sağlar. Gezegenlerin eliptik yörüngelerde döndüğünü keşfettiğinde Kepler’in neler olduğunu anlaması bence hiç şaşırtıcı değil. Tycho Brahe ise onların pozisyonlarına dair daha önce hiç kimsenin yapmadığı en kesin ölçümleri yaptı. Ve bence bu bir tesadüf değil. CERN'de Higgs bozonunun bulunmasına ya da kütleçekimsel dalgaların tespit edilmesine baktığınızda, bana göre bunlar, insanların elde ettiği kazanımların zirveleri.

Bence bilimsel başarılarımız edebiyatta, sanatta ya da modadaki başarılarımızdan katbekat daha büyük. Bunu, bu disiplinleri hor gördüğüm için söylemiyorum. Elbette, zor olduklarını ve devasa zihin gücü gerektirdiklerini biliyorum. Bilim insanlarının daha zeki olduğunu filan da söylemiyorum. Ama bilim insanlarının çalıştığı araçlar ve içinde çalıştıkları sistem onlara böylesi muazzam sıçrama yapma imkanları tanıyor. Çünkü bilim kendini, kendi üstüne inşa ediyor, hem de bunu üstel olarak gelişen bir yolla yapıyor ve bence bu yüzden çok önemli. Çünkü ölçümlerimizi bir ileri seviyeye çıkarmayı mümkün kılıyor.

Artık fiziksel nesnelere bağımlı değiliz. Yani şunu kabul etmeliyiz ki şu ana kadar aslında Indiana Jones'un yaptığının sadece kaliteli bir versiyonunu yapıyorduk. Şimdi o diğer aşamadayız, yani tüm ölçüm birimlerimizin doğa ve evren baz alınarak soyutlanması aşamasında. Artık fiziksel nesnelere bağlı değiliz.

Destek Olun

Bu video, Veritasium tarafından hazırlanmış ve Evrim Ağacı tarafından altyazılandırılmıştır. Eğer içeriği beğendiyseniz orijinal kaynağa destek olmak için, lütfen YouTube kanalına gidip videolarını beğenmeyi unutmayın.

Veritasium kanalının bu videosunu orijinal dilinde ve İngilizce alt yazılı olarak buradan seyredebilirsiniz: