Saniye tam olarak nedir? 17. yüzyılın ortalarında ortaya çıkan ilk ayaklı saatlerden bu yana bir saniyenin uzunluğu genel olarak yoruma açıktı. Peki saniyenin bir dakikanın 1/60'ı veya bir saatin 1/3600'ü olduğu nasıl belirlenmiştir? Sonuçta, bir saat nedir? Cevap, eski uygarlıkların zaman kavramı olarak göklerdeki yıldızların hareketini izlemesiyle ilgilidir. Dünya'nın kendi ekseni etrafında bir kez dönmesi veya Güneş etrafında bir kez dönmesi için geçen süre oldukça sabit olduğundan insanlar zamanı ifade etmek için bu bakış açısını kullandı — ancak bir yere kadar.
Zamanın İlk Tanımı
İnsanlar önce zamanı güneş saatleriyle (Güneş'in hareketine göre hesaplanan zaman) izledi. Mısırlılar bir saati, gündüz veya gecenin 1/12'si olarak belirledi ve bir saatin uzunluğunu mevsimsel farklılığa göre değiştirdiler. Modern saati ilk tasarlayanlar Yunan gökbilimciler oldu. Günü altı parçaya böldüler ve ardından bu parçaları dört küçük parçaya ayırdılar. Ayrıca dakikayı da düşündüler. Bunu Güneş'in gökyüzünde bir derece (yaklaşık dört dakika) gitmesinin aldığı süreye dayandırdılar.
Özbekistan doğumlu bilgin Biruni 1000 yılında sahneye çıktı ve iki Yeni Ay arasındaki süreyi gün, saat, dakika, saniye, üçüncü ve dördüncü olarak tanımladı. Dakikayı, saatin alt parçası yaptı ve 60 dedi. Aynı şekilde saniyeyi açıkladı.
Saniyenin uzunluğunun dünyada ilk kez standart hale gelmesi ise 1500'lerin sonlarında oldu. Mekanik saatlerin ortaya çıkmasıyla zaman ilk kez nesnel olarak ölçülebilir oldu. Saniyeyi gösteren ibreli ilk saat 1560-70 arasında yapıldı ve üzerinde saniye çizgilerinin olduğu saate ise 1579'da sahip olduk. Ancak çok doğru değillerdi ve saniyenin hızı makineden makineye gelişigüzel kalarak güvenilir ölçüm sunmadı.
Saniye bilimsel olarak tanımlanır
Fizikle uğraşan William Clement 1670'de saniyenin artık yerleşik bir zaman birimi olmasını sağlayacak kadar hassas bir saat yaptı. 1862'de saniyenin, milimetre ve miligram ile birlikte tüm bilimsel araştırmalarda temel zaman birimi olacağı duyuruldu. 1940'larda İngiliz Bilim İlerleme Derneği (BAAS) kuruldu ve bir saniye bir güneş gününün 1/86.400'ü olarak tanımlandı.
Ancak Dünya'nın dönüşü ve yörüngesinin zamanla biraz değiştiği keşfedilince saniyeye olan bakışımız değişti. Örneğin Dünya'nın dönüşü devam olarak yavaşlıyordu. Yani bir saniyeyi gezegensel dönüşe göre ölçmek saniyenin zaman içinde uzaması demekti. Bugünün saniyesini dünün saniyesiyle karşılaştıramazdık.
Bu yüzden, 1950'lerde bilim insanları saniyenin zamansız bir ölçütünü saptamak için daha iyi bir saat tasarladılar; bu saat, astronomik sürece değil daima tutarlı titreşimler üreten maddenin temel parçasına, atomların hareketine dayanıyordu. Günümüzde bir saniye sezyum 133 atomunun iki aşırı ince (hyperfine) seviyesi arasında yaptığı geçişe karşılık gelen 9.192.631.770 periyodu olarak tanımlanıyor. Yani saniyede 9,2 milyar döngü. Zamanı atoma göre belirlemeye basitçe atom saati denildi.
Böylece artık Dünya'nın ekseni ve devamlı azalan dönme hızının hesaba katılmasına gerek kalmamıştı yani saniyenin uzunluğu Dünya ve Güneş'e dayalı gözlemden bağımsızdı. Sezyum atomunun kaç titreşim yaptığının yanı sıra ışığın boşlukta aldığı mesafe de saniye birimi olarak düşünüldü. Zamanı o kadar çok böldük ki bunu sürdürmek mantıksız bir noktaya gelmiştir çünkü atom altı fiziğinde olaylar zamanı düşünecek kadar hızlı gerçekleşmiyor.
Atom Saatinin Çalışma Sistemi
Üzerine lazer tutulan sezyum atomunun en dıştaki kabuğundaki tek elektron iki seviye arasında gidip gelir ve buna aşırı ince geçiş (hyperfine transition) denir. Ya atomun çekirdeğiyle aynı yönde ya da ters yönde manyetik olarak hizalanır ve lazer ışını altındayken bu iki durum arasında hiç değişmeyen bir hızla ileri geri döner. Sezyum bu işin tek elementi değil ancak tek bir kararlı izotopu var ve bu nedenle saflaştırılması kolaydır. Böylece diğer bazı atomların aksine aşırı ince geçiş için hem yeterince büyük hem de doğru olacak kadar hızlıdır.
Sezyum atomlarını izole ederek ve neredeyse mutlak sıfıra soğutarak, araştırmacılar her dönüşü, yayılan elektromanyetik radyasyon darbesiyle ölçebilirler. Yeni bir saniye değeri elde etmek için bilim adamları basitçe bir efemeris saniyede (Dünya'nın Güneş etrafındaki yıllık hareketi) kaç dönüş yapıldığını sayarlar ve işte saniyenin yani zamanın atom ölçüsü elde edilir.
Elbette bu yeni saniye değeri eskisinden pek de farklı değildi. Tam olarak aynı uzunluktaydı ancak şimdi kalıcı olarak sabit olacaktı. Mevcut atom saatleri o kadar doğrudur ki 300 milyon yıldan uzun süre bir saniye bile sapmazlar.
