Bir kilogramın bir kilogram olduğunu nasıl biliyoruz bunu hiç düşündünüz mü? Nasıl oluyor da “1 kg” dünyanın her yerinde aynı ağırlığa denk geliyor? Cevabı Fransa’nın başkenti Paris’te ısısı ve basıncı kontrol altında tutulan üç seviyede mühürlü bir laboratuvarın içinde bulunuyor.
Son birkaç yıldır kilogramı tanımlayan şey; aynı zamanda dünyanın en yuvarlak nesnesi olan ve 2,15 x 10^25 adet silikon 28 atomuna sahip mükemmel küre şeklindeki bir cisim. Sadece bu kürenin yapımında kullanılan hammadenin değeri bile 1 milyon Euro ve binlerce saat işlenerek kusursuz bir küre haline geldikten sonraki değeri ise bunun çok ötesinde. Tüm metrik ağırlık birimleri bu cisme göre belirleniyor ve dünya standardı bu şekilde oluşuyor.
Ne var ki, standart ağırlığı tanımlayan bu birim değişmek üzere. Metroloji alanında çalışan 57 ülkeden bilim insanları Versay’da buluşarak artık kilogramın somut bir cisim değil teorik bir denkleme sabitlenmesini oylayacak. Ancak oylama sadece bir formalite. Bununla ilgili bilimsel çalışmalar, araştırmalar ve tartışmalar çoktan yapıldı ve karar verildi.
Kilogramı kuantum belirleyecek
Kilogram artık evrenin dokusunda yer alan temel bir sabit sayıdan türetilecek. Bunun için kuantum mekaniğinde yer alan ‘planck sabiti’ kullanılacak. Planck sabiti ise Foton enerjisi ile elektromanyetik dalga frekansının birbirine olan oranından elde ediliyor. Bu oran kuantum mekaniğinde aksiyonun temel birimi olarak da düşünülebilecek bir sabit.
Bir ağırlığı dengelemek için gerekli olan plank sabitini gösteren Kibble adında elektromanyetik güçle ölçüm yapan son derece hassas bir aygıt kullanılacak. Bilim insanları önce kilogramın tanımlanmasını bu şekilde değiştirmeyi oylayacak daha sonra da çalışmalarda ortaya konan Planck sabiti değerini oylayacak ve bu değere Kibble’da karşılık gelen ağırlığı tüm zamanlar ve mekanlar için evrensel 1 kg olarak tanımlayacaklar. Böylece insanoğlu gelecekte hangi ortamda veya gezegende yaşarsa yaşasın tüm ölçüm birimlerini şaşmadan kullanmaya devam edebilecek.
Kilogramın tarihçesi
İlk önce ağırlık biriminin tanımı 1793’te Antoine Lavoisier tarafından 0.1 metreküp hacmindeki bir buzun erime derecesindeykenki ağırlığı idi. ‘Grave’ olarak anılan bu ağırlık aynı zamanda 1 litre suyu da tanımlıyordu. Bu ölçünün de binde birine gram denildi. 1 kiloya da ‘Garve’ demek yerine bin adet gram anlamına gelen kilogram adı verildi.
1799’da 1 Kg’ın tanımı ilk kez değiştirilerek buzun 0 derecesinde değil 4 derece sıcaklıkta erimiş su halinin ağırlığı olması kararlaştırıldı. Ancak suyun yapısı yeterince istikrarlı değildi ve ölçümlerde kullanımı da pratik değildi. Dolayısıyla bu suyun ağırlığına eşit saf platinden oluşan bir silindir yapıldı. Buna da ‘Arşiv kilogram’ denildi.
Ancak 90 yıl sonra 1889’da bu materyal de güncellenerek platin ve iridyum karışımı bir silindir olarak belirlendi ve günümüze kadar da kullanıldı. Kg birimi üzerinde oynama yapılmadığından emin olmak için aralarında çok ufak farklılıklar olan 14 kopyası, farklılıklar kaydedilerek dünyada 14 farklı ülkeye gönderildi.
1948’de bu kopyalar değişim olup olmadığını ölçmek için ilk kez biraraya getirildi ve aynı şartlar altında korunmalarına rağmen zaman içerisinde hepsinin ağırlıklarının değiştiği gözlemlendi. 1990’da yeniden ölçülen kilogramların ağırlıklarının giderek daha fazla değiştiği (50 mikrogram) kaydedildi.
Metrik olmayan diğer tüm ağırlık birimleri de kilograma göre belirlendiği için (0.453559237 kg’ın 1 pound olması kararlaştırılmıştır) kg’ın sabit kalması herkes açısından önemli bir konu.
İçinde tutulduğu fanusların vakumlu ortamında ve tüm kontrol şartlarına rağmen bu değişimin nasıl ve neden olduğu tam olarak çözülebilmiş değil ancak dünya sürekli tanımı değişen bir ‘standard birim’ kullanamayacağı için yeni formüller aradı. Silikon küre bu sorunu moleküler yapı ile çözdü ve ağırlığın ne olduğu sabit atom sayısına bağlandı.
Metre de benzer süreçler geçirdi sıra Kelvin ve Amperde
Bir metre olarak bildiğimiz standart uzunluk birimi ilk olarak Kuzey Kutbu’ndan Ekvator’a kadar olan mesafenin 10 milyonda biri olarak tanımlandı. Ancak bugün vakumlu ortamda ışığın belli bir sürede kat ettiği mesafe ile tanımlanıyor.
Işık değeri kelvin ve elektrik akım şiddeti amper için de benzer şekilde evrensel sabitler belirlenecek ve 20 Mayıs 2019’dan itibaren geçerli olacak. Bu farklılıklar metroloji dünyasının dışında insanların günlük hayatında hissedilmeyecek ancak bilimsel çalışmalar ve özellikle uzay projelerinde önemli olacak.
