Metroloji Okulu'nda




yerkure

METRE'NİN GEÇMİŞİNDE BİR KÜÇÜK GEZİNTİ

İnsanlık varlığının bilincine vardığı günlerden beri uzunluk ölçümleriyle uğraşmış, bunun için çoğunluğunu kendi vücudunun yapısal özellikleriyle ilişkilendirdiği birimler kullanmıştır. Ayak, parmak, dirsek gibi adlarla kullanılan bu birimler, her ulusun kendi orantıları ve özellikleri nedeniyle her yerde farklılıklar gösterdiğinden, uluslararası ilişkiler, ticaret ve bilimin gelişmesiyle birlikte belli bir sistem ihtiyacı gözlenmeye başlamıştır. Çeşitli ölçüm prensiplerinin ve basit ölçü aletlerinin geliştirilmesi çok daha erken zamanlara dayansa da metrolojinin bir bilim dalı olarak ele alınıp, tek düzen bir ölçüm birim sisteminin tanımlanması ancak 1700'lü yılların sonlarında mümkün olmuştur. Ölçüm birimlerinde tek düzen bir sistemin olmayışı, hem ticarette hile ve hataların kaynağı, hem de bilimsel gelişmenin önünde bir engel oluşturmuştur. 1700'lü yılların ortalarına gelindiğinde öncelikle Fransa'da politikacılar ve bilim adamlarının bu konudaki çalışmaları hızlanmış, doğal fenomenleri temel alan bir birim sisteminin oluşturulması için girişimler başlatılmıştır.

yerkure

Galileo'nun tasarladığı sarkacın, Huygens tarafından hayata geçirilip, zaman ölçümü için kullanılmaya başlanmasının sonrasında, 1671 yılında Fransız astronom Picard, sarkacı uzunluk ölçümü için önermiş ve bu öneri oldukça kabul görmüştü. Fransa'da 1791 yılında bir komisyon kurulup, tek düzen bir birim sisteminin oluşturulmasına yönelik çalışmalar başlatıldığında da öncelikle kabul gören bu önerinin üzerinde durulmuştu. Komisyonda bulunan Borda, Condorcet, Laplace, Lagrange, ve Monge uzunluk ölçüm birimi üzerinde tartıştıklarında önlerinde üç seçenek vardı. Belli bir periyodla salınan sarkacın uzunluğu, ekvator çevre uzunluğunun bir kesiti, kuzey kutbundan ekvatora olan mesafenin (yani bir çeyrek meridyen) uzunluğunun bir kesiti. Borda, temel alınacak bir birimin tanımında zaman birimlerinden yararlanılmasını doğru bulmuyor buna karşı çıkıyordu. Öyle ki zaman birimi zaten kendi içinde dönüşümleri sistematik olmayan bir birimdi. Hatta Borda zaman birimilerinin 1 gün = 10 saat, 1 saat = 100 dakika ve 1 dakika = 100 saniye şeklinde sistematik hale getirilmesini de önermişti. Ayrıca yerçekimi ivmesi, sarkaç kullanılarak yapılacak ölçümler üzerinde etkili olacağından, deneylerin yapılacağı yer de tartışmalara neden olmuştu. Fransa, 45° enleminde yani Fransa'da, İngiltere Londra'da, Amerika ise 38° enleminde, yani başkan Thomas Jefferson'un eyaletinde deneylerin yapılmasını istiyordu. Tartışmaların sonunda metre tanımı için kuzey kutbundan ekvatora kadar olan mesafenin ölçülmesine karar verildi. Ölçümlerde Borda'nın iki coğrafi nokta arasındaki açının ölçümü için tasarladığı tekrarlayan dairesi (repeating circle) kullanılacaktı. Bu karara göre 26 Mart 1791'de bir metre bir çeyrek meridyen uzunluğunun on milyonda biri olarak tanımlandı.

Yapılacak ölçümler dünyanın şeklinin belirlenmesi için de önemliydi. Hatta projeye metrenin tanımından çok bu nedenle önem veriliyordu. Dunkirk-Barcelona üzerinden geçen meridyen uzunluğunun tam olarak belirlenmesine karar verildi. Bu görev jeodezistler "Pierre-François Mechain ve Jean Baptise Delambre" için gerçek bir maceraya dönüşmüştü ve bu iki kişinin yedi yılını (1792-1798) aldı. Ölçümler tamamlanmadan önce devrim nedeniyle birçok karışıklık olmuş ve 1793'de Borda, Lagrange ve Laplace geçici metreyi, Cassini de Thury'nin 1740'da yaptığı gözlemlere dayanarak hesaplamak zorunda kalmıştı. Diğer taraftan, kütle birimi için komisyon, diğer malzemelere (civa, altın vb.) karşı, bulunabilirliği ve arıtma kolaylığını düşünerek suyu tercih etmiş ve 1 desimetreküp suyun ağırlığını 1 kilogram olarak tanımlamıştı. Buna göre yapılan geçici metre ve kilogram, yeni sistemi kabul edebileceği beklentisi ile Amerika'ya gönderildi.

BordaCircle
Borda "repeating circle"

prototip
Fransa ulusal arşivinde muhafaza edilen arşiv kilogram ve metre

Uluslararası komisyon 1798'de Delambre ve Mechain'in elde ettiği sonuçlara göre hesaplarını yenilediler ve 22 Haziran 1799'da metre ve kilogramın arşiv prototipleri platinden yapıldı. Bu prototipler Fransa ulusal arşivinde muhafaza edilmektedir. Bundan sonra yeni birim sistemi Fransa dışına yayılmaya başladı. 19. yüzyılın başında bazı İtalyan şehirleri sisteme adapte oldu, 1816'da Hollanda'da metrik sistem zorunlu hale geldi, 1849'da da yeni birim sistemi İspanya tarafından kabul edildi.

Fransa'da kalan birkaç aykırı ölçüm birimi de Guizot başkanlığında 4 Temmuz 1837'de çıkarılan yasa ile onluk metrik sisteme adapte edildi. Devrimden kaynaklanan coşku içinde yaratılan yeni sistemin adaptasyonu nerdeyse yarım yüzyıl almıştı.

1860'tan sonra bazı Latin Amerika ülkeleri metreyi kabul etti. 20. yüzyılın başında 51 ülke ve 15 koloni yeni sistemi kabul etmişti. Bununla birlikte ne zaman metre veya kilogramın bir kopyası gerekli olsa bu ülkeler Fransa'ya bağımlı olmaktaydı. Bu bağımlılık yanında, yapılan metre ve kilogram kopyalarındaki tekdüzensizlik, istenenen yeknesaklığı tehlikeye sokuyordu. Bu zorluğun üstesinden gelmek için Uluslararası Tartılar ve Ölçüler Bürosu (Bureau International des Poids et Mesures - B.I.P.M) 1875'de kuruldu, ve diplomatik faaliyetler sonrasında 20 Mayıs 1875'te Metre Konvansiyonu olarak bilinen antlaşma Paris'te (aralarında Osmanlı İmparatorluğu'nun da bulunduğu 17 ülke arasında) imzalandı.1889 yılında arşiv metre ve kilogram referans alınarak imal edilen metre ve kilogram prototipleri metre konvansiyonunu imzalayan ülkelerin referansları olmak üzere gönderildi. Osmanlı İmparatorluğu, Balkan savaşları nedeniyle kendisi için imal edilen prototipleri alamadan BIPM'den çekildi. 1931 yılında çıkarılan ölçü ve ayarlar kanunu ile Türkiye'de metrik sistem kabul edilmiş ve 1933'de BIPM'e başvurularak üyelik yenilenmiş ve metre prototipi alınmıştır. 1935 yılında 42 nr.lı kütle prototipi Türkiye'ye verilmiştir. 1953 yılına kadar Sanayi Bakanlığı tarafından muhafaza edilen bu prototip, karşılaştırmalı ölçümler için 1953 yılında BIPM'e gönderildiğinde, BIPM prototipin değiştirilmesini önermiş ve bunun sonucunda 42 nr.'lı prototip 54 nr'lı prototip ile değiştirilmiştir. Halen Türkiye'nin kütle temel referansı olan 54 nr.'lı prototip UME'de muhafaza edilmektedir.

İlki 1889 yılında yapılan Uluslararası Tartılar ve Ölçüler Konferansı'nın (CGPM) 1960'ta düzenlenen 11.sinde, ölçümlerdeki doğruluk gereksinimlerinin artmış olması nedeniyle, teknolojik ilerlemelerin de daha küçük belirsizliklerle çalışmayı olanaklı kılmasına bağlı olarak metrenin tanımı, atmosferik ve astronomik etkilerden mümkün olduğunca uzak kalacak şekilde yeniden yapıldı. Buna göre 1 metre, boşluktaki (vakum altında) Kripton 86 atomundan yayılan turuncu ışınımın dalga boyunun 1650763,73 katı olarak tanımlandı. Başlangıçta her altı yılda bir düzenlenen konferans 1960'dan sonra dört yılda bir düzenlenmeye başladı.

1983 yılında yapılan konferans sonrasında metre tanımı, boşluktaki (vakum altında) ışığın saniyenin 1/299 792 458'i kadar sürede katettiği mesafenin uzunluğu olarak yenilenmiştir.

Bu tanım halen geçerli olup gerçekleştirilmesinde çoğunlukla [127I2 (iyot) moleküler rezonansında] stabilize edilmiş He-Ne lazer kullanılmaktadır. Bu lazerin dalga boyu (10-9 bağıl belirsizlikle) 632,9913981 nanometredir ve bu dalgaboyu standardı, enterferometrik ölçüm yöntemleri ile blok mastarlara transfer edilebilir. Tanımdan görüldüğü gibi, sonuçta metre biriminin gerçekleştirilmesi yine zaman birimine bağlanmış oldu (220 yıl önce Borda karşı çıkmış da olsa). Temel birim metreyi ölçmek için önce zaman temel birimi saniyeyi gerçekleştirmiş olmak gerekiyor. [Halen geçerli olan 1967'deki 13.CGPM kararlarına göre zaman temel birimi saniye, Cs133-sezyum atomunun temel durumunda (iki enerji düzeyi arasındaki geçişinden kaynaklanan) ışımanın 9192631770 periyodluk süresidir.]

interferometre

Metre konvansiyonunu imzalayan ülkeler ulusal metroloji enstitülerini kurmak için hızla çalışmalara koyulmakla birlikte Türkiye bu konudaki çalışmalara ancak 1960 yılında başlayabilmiş, 1992 yılında da TÜBİTAK'a bağlı UME (Ulusal Metroloji Enstitüsü) hizmet vermeye başlamıştır. Metroloji ile ilgili en küçük belirsizlik düzeyindeki bilimsel araştırmalar yanında, diğer ülkelerde olduğu gibi Türkiye'de de primer metroloji enstitüsü UME'nin görevi, her konudaki ölçümler için, gerek endüstriye, gerek ticarete, gerekse metrolojinin çok önemli bir yer aldığı diğer toplumsal faaliyet alanlarına (sağlık, emniyet, trafik, savunma, çevre koruma vb.), uluslararası kıyaslamalarla koruduğu doğru ölçülerin aktarılmasını sağlamaktır.


Not: Bugün CGPM'nin kabul etmiş olduğu SI Uluslararası Birimler Sistemi, metre, kilogram, saniye, Amper, Kelvin, candela ve mol olmak üzere 7 temel ve bunlardan türetilmiş birimlerden oluşmaktadır. Temel birimlerin her birinin hikayesini sitemize ekleyeceğiz.
(Temel ve türetilmiş birimler arasındaki ilişkileri ilgili şemamızda inceleyebilirsiniz.)


TeBBeS / Metroloji Okulu Teknik Bilgi ve Belge Servisi