Atom saati nedir ve atom saatine neden ihtiyaç duyuyoruz?

Zamanın ne olduğuna dair fizikçilerin verdiği kapsamlı ve birbirinden farklı cevaplar olmasına rağmen yaratıcı yeni fikirler içeren son derece canlı tartışmaların günümüzde hâlâ sürmekte olduğunu görüyoruz. Newton’a göre zaman mutlaktı ve her gözlemciye göre aynı hızda akıyordu. 1905 yılındaki özel görelilik kuramıyla uzay-zaman kavramını ortaya atan Albert Einstein ise tek başlarına uzay ve zamandan bahsedilemeyeceğini, bu ikisini birleştirmemiz gerektiğini gösterdi ve fiziği derinden sarstı. Bu tarihsel dönemecin üzerinden bir asırdan fazla süre geçti ve özellikle daha sonraki genel görelilik ve kuantum kuramları sayesinde uzay-zamanın yapısı, fiziksel evren, temel etkileşmeler ve maddenin yapıtaşları hakkında deneyler ve gözlemlerle doğrulanmış, oldukça mükemmel doğa tasvirlerine ulaştık; bu başarının elde edilmesinde teknolojideki muazzam gelişmelerin payı da büyüktür. Ancak zaman tam olarak nedir, gerçel midir, değil midir, zamanın yönü neden hep ileri doğrudur, hareket ve nedensellik ile olan bağlarını nasıl ifade etmeliyiz vb. türden fizikte oynadığı temel roller sorulduğunda fizikçilerin (ve felsefecilerin) bazen kafası karışmakta! Zaman niceliğine hiç ihtiyaç duymayan ve zaten onun hiç var olmadığını öne sürenler dahi çıkmakta.

Ancak öte yandan, bilim adamları arasında zamanın karakteri üzerine ateşli tartışmalar sürüyor olsa da dünyanın dört bir tarafında zamanın ölçümüne ilişkin doğruluk, hassasiyet ve kararlılık sınırları zorlanmaya devam ediliyor. Giderek daha hassas zaman ölçümü yapmanın pratik ne yararı olabilir ki? Mesela randevunuza bir saniye geç kalsanız kimse size pek kızmaz, zaten bu gecikme taraflarca farkına bile varılmaz (tabii asla kimseyi bir saat bekletmeyin). Kol saatinizin iyice ayarlı olduğundan emin olun, artı/eksi bir dakika günlük yaşamda pek önemli değil. Ancak saniyenin milyarda birinin milyarda birinin ölçülmesinin bir fantezi ötesinde ne gibi bir anlamı olabilir ki diye sormamız çok doğaldır.

Giderek daha hassas zaman ölçümüne neden gerek duyuluyor?
Önceleri güneşin doğuş ve batışını, ayın evrelerini, çeşitli gökcisimlerinin ve takımyıldızların konumlarını gözlemleyerek ve bunları bir yere kaydederek zamanı ölçmeye çabalamış olan insanoğlu bu sayede sosyal yaşamları, dinsel ayinleri ve tarımsal üretimleri vb. için gereken zamanlamayı planlayabildi. Ancak yemek pişirme için bile dakikaların önem kazandığının da farkına vardılar. Günümüzün modern ve kompleks dünyasında gittikçe çok daha küçük zaman aralıklarının tanımlanması ve kullanılır hale getirilmesi kaçınılmazlaştı. Sözgelimi karayolu ya da demiryolu ulaşımında trafik akışının güvenliğinin sağlanması en azından saniye mertebesinde bir hassasiyeti gerektirir. Sinyalizasyon sisteminde yer alan lambaların ve geçitlerin rolleri hayatidir. Sivil havacılıkta ise uçakların otomatik pilot marifetiyle kalkışları ve inişleri sırasında zamanın milyonda biri bir hassasiyet yeterli olmaktan çok uzaktır. Zira otomatik pilot yardımıyla gerçekleşen aletli iniş sistemi (ILS), Küresel Konum Belirleme Sisteminin (GPS) sağladığı konum ve zaman bilgisine ihtiyaç duyar. En az dört adet uydu ile sürekli haberleşmekte olan uçaktaki bu cihaz, elektromanyetik dalga aracılığıyla iletişimini sağlar. Elektromanyetik dalgaların sürati doğadaki en yüksek limit değerdir: e.m.dalgalar bir saniyede yaklaşık 300 000 km yol kat eder. Dolayısıyla, eğer uydulardaki saatlerin hassasiyeti bir günde bir mikrosaniye civarında bir hataya yol açabiliyorsa, konum belirlemede yapılacak olan hata ise 1 mikrosaniye x 300 000 km/s = 300 metredir. Bu kadar büyük bir hata payı ile pistin ne kadar uzakta ve uçağın tekerlerinin yerden ne kadar yüksek olduğunun yeterli incelikle belirlenemeyeceği ve güvenli inişin de yapılamayacağı aşikârdır, zaten uluslararası sivil havacılık kurumları buna asla izin vermez. Bu nedenle atom saatlerine (büyük hacım kaplayan en gelişmiş olanlara değilse de küçük boyutlulara) mutlak ihtiyaç vardır.

Prof. Dr. Ali Ulvi YILMAZER
​Ankara Üniversitesi Fizik Bölümü

Yazının tamamı Bilim ve Ütopya'nın eylül sayısında...

Fizik
Etiketler
fizik
atom
atom saati
ali ulvi yılmazer
bilim ve ütopya
Atom ve Ötesi
Eylül 2017