Zaman ayırırız, zaman tutarız, zaman yaratırız, zaman harcarız, zaman geçiririz. Ancak fizikçiler zamanın zamanın genişleyip, daralmasından ve hatta bükülmesinden bahseder. Peki tam olarak zaman nedir?
Evrene dair soracağınız bütün soruların içinde en eğlenceli olanlar, kulağa en basit gibi gelen, ama aslında cevaplaması zor olan sorulardır. Öncelikle anlamaya çalıştığımız şeyin bir tanımını yapmalı, ardından tanımı matematiksel ifadeye dönüştürmeliyiz. Böylece elimizdeki veriyi bir mantığa oturtabiliriz.
Zaman Nedir?
Zamanı tanımlamak zordur çünkü bu kavram, düşünce yapımızın ve deneyimlerimizin derinliklerine işlemiştir. Zaman, şu an yaşadığımız “şimdi” ile geçmişte yaşadığımız “şimdi”leri birbirine bağlamamıza olanak tanır. O an ne yaşıyorsak ona “şimdi” deriz, ama bu an bir sonraki saniyede geçmişe karışır. Dahası, zaman sadece geçmişle değil, aynı zamanda gelecekle de ilişkilidir.
Ancak zaman üzerine yaptığımız her tanım, ister istemez kişisel deneyimlerimizin etkisiyle şekillenir ve bu yüzden objektifliğini yitirir. Aynı zorluk fizikçiler için de geçerlidir. Bu nedenle onlar, zamanı anlamak için sezgisel yaklaşımların ötesine geçerek, onu ölçülebilir ve gözlemlenebilir bir çerçeveye oturtmaya çalışırlar.
Tarih boyunca birçok insan zamanı, mevsimlerin geçişi ve gök cisimlerinin döngüleri gibi doğanın ritimleriyle özdeş görmüştür. Günümüzde bu düşünce bize basit gelir. Bunun nedeni yalnızca modern saatlerin gök cisimlerinden çok daha hassas olması değildir.
Aynı zamanda artık zamanı evrensel bir olgu olarak kabul ediyoruz. Tüm saatler —ister göksel ister insan yapımı olsun— dursa bile, zamanın durmaksızın ilerlemeye devam edeceğini düşünüyoruz. Bu fikri en özlü biçimde Newton dile getirmiştir: “Mutlak, gerçek ve matematiksel zaman, kendi başına ve doğası gereği, dışsal hiçbir şeye bağlı olmaksızın eşit biçimde akar.”
Einstein’a Göre Zaman Nedir?
Newton’un mutlak zaman anlayışı, günlük yaşamda geçerli gibi görünse de, bu fikir 1905 yılında Einstein’ın özel görelilik teorisiyle yıkıldı. Einstein, evrensel bir zamanın olmadığını, zamanın gözlemcinin bulunduğu referans çerçevesine bağlı olduğunu ortaya koydu.
Bu durumu bir örnekle açıklayalım. Biri hareket hâlindeki bir trenin içinde, diğeri ray kenarında duran iki gözlemci düşünelim. Trenin içindeki kişi, tam yan yana geldiklerinde trende yukarı doğru bir ışık darbesi gönderir. Işık tavana ulaştığında her iki gözlemci bu olayı görür, ancak ışığın aldığı mesafeyi farklı yorumlarlar.
Trenin içindeki kişi, ışığın yalnızca dikey olarak hareket ettiğini gözlemler. Fakat ray kenarındaki gözlemciye göre ışık, trenle birlikte yatay olarak da hareket eder. Yani ona göre ışık hem yukarı hem ileri yönde, eğik bir doğrultuda ilerlemiş olur. Dolayısıyla bu gözlemci, ışığın daha uzun bir yol kat ettiğini düşünür.
Işık hızı her iki gözlemci için de aynıdır. Hız, birim zamanda alınan yol olduğuna göre, yolun daha uzun olması durumunda fark yalnızca geçen zamandadır. Bu nedenle iki gözlemcinin algıladığı zaman farklı olur.
Günlük yaşamda bu farkı hissedemeyiz, ancak etki ölçülemeyecek kadar küçük de değildir. Örneğin, bir kişi başka bir kıtaya gidip geri döndüğünde, yanında taşıdığı saat ile ofiste bıraktığı saat arasında birkaç milyarda bir saniyelik fark oluşur. Bu fark, sıradan insanlar için önemsiz gibi görünse de modern atom saatleriyle kolaylıkla ölçülebilir.
Zamanın bu şekilde farklı akmasının gerçek hayatta somut sonuçları vardır. Örneğin Küresel Konumlama Sistemi (GPS), bu farkı hesaba katmak zorundadır. GPS uyduları yeryüzüne göre çok yüksek hızlarla hareket eder. Eğer bu hareketin zaman üzerindeki etkisi sistem tarafından dikkate alınmazsa, konum verileri hızla sapar; birkaç saat içinde ciddi hatalar oluşur ve yön bulmak imkânsız hâle gelir.
Zaman Neden Bazen Yavaşlar?
Zamanı bozan tek etken hareket değildir. Einstein, 1916 yılında yayımladığı genel görelilik teorisiyle kütleçekimin de zamanı yavaşlatabileceğini gösterdi. Kütleçekimini, boşlukta süzülen görünmez bir kuvvet olarak düşünmek yerine, büyük kütleli cisimlerin uzayın dokusunu bükmesiyle ortaya çıkan bir etki olarak ele aldı.
Bu durumu anlatmak için sıkça kullanılan bir benzetme vardır. Bir trambolinin üzerine yerleştirilen bowling topu, trambolinin yüzeyinde bir çökme yaratır. Bu çöküntüye yakın bir yerde duran misket ise bu eğime kapılarak bowling topuna doğru yuvarlanır. İşte büyük kütleli cisimler —örneğin yıldızlar ve gezegenler— uzayda benzer bir bükülme yaratır ve yakınlarından geçen diğer cisimler bu eğime kapılarak yön değiştirir.
Ancak Einstein’ın asıl büyük buluşu, zaman ile uzayın birbirinden ayrı olmadığını fark etmesiydi. Ona göre zaman ve uzay, “uzayzaman” adını verdiği tek bir yapı oluşturuyordu. Bu nedenle, kütleçekiminin yarattığı bu eğilme sadece uzayı değil, zamanı da etkiler. Başka bir deyişle, kütleçekimi zamanı yavaşlatır.
Öyle ki, evinizin bodrum katında zaman, çatısına göre çok az da olsa daha yavaş akar. Bu fark oldukça küçük olsa da, modern ölçüm teknikleriyle tespit edilebilir. Ancak gerçekten büyük bir zaman bükülmesi görmek istiyorsanız, çok güçlü bir yerçekimi alanına sahip bir yere gitmeniz gerekir.
Örneğin, bir nötron yıldızının yüzeyine bir saat yerleştirseniz, bu saat Dünya’daki benzer bir saate göre yalnızca %70 hızla çalışır. Zamanın en uç derecede yavaşladığı yer ise bir kara deliğin yüzeyidir. Kara deliğin olay ufkunda, zaman adeta durur. Orada bulunan biri bu farklılığı hissetmez, ancak oradaki saat ile Dünya’daki bir saat karşılaştırıldığında aralarındaki fark muazzam olur.
Einstein, zamanın doğasına ilişkin bulgularından ilginç bir sonuç çıkardı. Zaman gözlemciye göre değiştiği için, onu evrensel olarak geçerli bir biçimde geçmiş, şimdi ve gelecek diye ayırmak mümkün değildir. Bir anlamda, geçmiş, şimdi ve gelecek aynı anda var olur.
Zamanın Oku Neden Tek Yönlü?
Zamanın neden tek yönlü olduğu—geçmişten geleceğe doğru ilerlediği—her gün deneyimlediğimiz ama hâlâ hem bilim insanlarını hem filozofları düşündüren bir sorun.
Günlük yaşamda bu yön çok nettir. Bir film geri sarılsa, hemen fark edersiniz. Çünkü çoğu olayın tersine çevrilmesi imkânsızdır. Mesela yumurta kolayca omlete dönüşür, ama omletin yumurtaya geri dönüşmesi mümkün değildir. Bir fincanda kahve ve süt karışır, ama asla tek tek ayrışarak eski hallerine dönmez.
İşte bu, “zaman oku” dediğimiz kavramın temelidir. Zamanın açıkça bir yönü vardır ve bu yön genellikle neden geri işlemiyor sorusunu gündeme getirir.
Ancak bu çok net görünen gerçekliğe rağmen, fizik yasaları zamanın hangi yöne aktığına dair herhangi bir ayrım yapmaz. Fizikte, eğer bir cisme bir kuvvet uygulayarak hareket ettirebiliyorsanız, aynı kuvveti zıt yönde uygulayarak o hareketi tersine çevirebilirsiniz.
Peki, günlük yaşamdaki zamanın asimetrisini, tüm atomları yöneten fizik yasaları zaman açısından simetrikken nasıl açıklayabiliriz? Bu soru yalnızca Newton fiziği için değil, Einstein’ın görelilik teorileri için de geçerli büyük bir problemdir.
Belki de Zaman Yoktur
Einstein’ın görelilik teorisi makroskobik dünyayı çok iyi açıklasa da, atom altı düzeyde geçerli değildir. Bu düzeyde kuantum mekaniğine ihtiyaç duyarız. Ancak kuantum teorisi, zamanı Newton gibi mutlak kabul eder.
Kuantum mekaniğiyle tüm evreni tanımlamaya çalıştığımızda, denklemlerden zaman tamamen kaybolur. Yerine yalnızca fiziksel büyüklükler arasındaki ilişkiler kalır. Bu durum, “zaman yoktur” diye yorumlanabilir. Belki de zaman ve uzay evrenin temel bileşenleri değildir. Tıpkı lastiğin esnekliğinin atomlardan değil, düzenli yapılarından doğması gibi, zaman ve uzay da evrenin belirli koşullar altında ortaya çıkan özellikleridir.
Ancak zaman ve uzay temelde yoksa, o halde evrenin en temel yapı taşları nelerdir? Henüz bu konuda bilimsel olarak üzerinde uzlaşılan bir teori yok. Kullandığımız sözcükler veya matematiksel tanımlar günlük yaşamımızda karşılaştığımız şeyler olmalı. Eğer bir gün zamanı ve uzayı başka bir temelin üzerine inşa edebilirsek, o zaman bunu açıklayan temel bileşenleri de tanımlamak gerekecektir.
Sonuç olarak
Newton’dan bu yana zaman nedir sorusunda pek ilerlemiş sayılmayız; belki daha fazla kafa karışıklığına sahibiz. Ancak elbette bizler için bu sorunun cevabını bulmak için aynaya dönüp bakmamız ve geçen yılları anımsamamız yeterlidir.
Kaynaklar ve İleri Okumalar:
- What is time?; Yayınlanma tarihi: 23 Ağustos 2011; Bağlantı: https://plus.maths.org/content/what-time-0
- What Is Time? A Simple Explanation; Yayınlanma tarihi: 26 kasım 2019; Bağlantı https://www.thoughtco.com/
Matematiksel
