Evren Küçülürse Zaman Tersine Akar mı?

Evren büyük patlamadan beri sürekli genişliyor ve entropi sürekli artıyor. Evrenin yararlı iş yapmaya yönelik enerji kapasitesi bunun sonucunda gittikçe azalırken zaman hiç durmadan geçmişten geleceğe akıyor. Peki genişlemek yerine küçülen bir evrende zamanın oku tersine döner mi? Evrenin genişlemesi aniden durur ve uzay tekrar büyük patlama anına doğru küçülmeye başlarsa ne olur? Evren küçülürse zaman geçmişe akmaya başlar mı? Evreni film gibi geri sararak geçmişe gitmek mümkün mü?

Önceki yazılarda zamanın neden ileri aktığını ve evrenin oluşumunu zaman kavramına başvurmadan açıklayan “zamansız” teorileri gördük. Akabinde ikizler paradoksundaki zaman problemini çözdük. Bu yazıda ise entropi ve zaman arasındaki ilişkiyi ele alacağız. İki teknik sorumuz var: 1) Zaman entropi arttığı için mi geleceğe akıyor ve 2) Evren küçülmeye başlarsa entropi azalır ve buna bağlı olarak zamanın oku tersine döner mi?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Evren küçülürse ne olur?

Zaman özünde maddeyle enerjinin geri dönülmez biçimde şekil, yer ve özellik değiştirmesidir. En azından büyük ölçeklerde… Kuantum belirsizliğin etkili olduğu atomik dünyada zamanı bir an için geri alarak parçacıkları sıfırlamak ve enformasyonu silmek mümkündür. Buna karşın ne ışıktan hızlı gidebiliriz (yani geçmişe gidemeyiz) ne ışıktan hızlı iletişim kurabiliriz ne de bugün sahip olduğumuz enformasyonu geçmişe ışınlayabiliriz. Atomların geçmişini silmek geçmişe gitmek demek değildir.

Zamanın neden ileri aktığını birçok başlıkta gördük ama zaman evren büyük patlamadan beri sürekli genişlediği için ileri akıyor önermesini incelemedik: Evet, evren genişliyor ve gökcisimleri uzayda belirli bir hızda yol alıyor. Yerçekimi ve sürtünme gibi dış etkenler devreye girmediği sürece cisimler uzayda sabit hızda gidiyor. Evrenin entropisi de sürekli artıyor. Öyle ki 10 bin katrilyon yıl sonra da fizik yasalarının hiç değişmeyeceğini düşünüyoruz.

Evrenin geleceğini fizik yasalarıyla öngörebildiğimiz için bunu söylüyoruz. Demir yıldızlarda anlattığım gibi uzak gelecekte fizik yasaları değişebilir ama bunu bugünkü yasaların izin verdiği şekilde yapacaklar. Aslında bu da çok iddialı bir varsayım ama yine de makul bir varsayım. Özellikle de termodinamik uyarınca entropinin sürekli arttığını düşünürsek gelecekte zamanın tersine akacağına dair bir kanıt yok. Son olarak karanlık enerji yüzünden evren 6 milyar yıldır gittikçe hızlanarak genişliyor ve genişlemesi duracak gibi görünmüyor.

Evren küçülürse zamanın oku ne olur?

Yine de bir düşünce deneyi yapalım: Evrenin genişlemesinin herhangi bir nedenle durduğu ve uzayın küçülmeye başladığını düşünelim. Evren büyük patlama anında en az bir futbol topu kadar küçüktü ama şimdi 92 milyar ışık yılı çapında. Evrenin küçülerek tekrar futbol topu boyutuna inmeye başladığını hayal edelim. O zaman insanlar Benjamin Button gibi yaşlı doğup genç ölür mü? Zaman tersine döner mi? Bunlar evrenin nasıl oluştuğunu öğrenmek için yanıtlamamız gereken sorular:

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Evren küçülürse simetri kırılır mı?

Fizik yasalarının zamanda simetrik olması şarttır. Yoksa bugün yıldızlara bakarak galaksilerin 13,74 milyar yıl önce nasıl oluştuğunu anlayamazdık. Samanyolu galaksisinin 3 milyar yıl sonra Andromeda ile çarpışmaya başlayacağını da bilemezdik. Fizik yasalarının zamanda simetrik olması zaman geçmişe aksa da aynen işleyecek olması demektir. Birkaç örnek verelim:

• İki bilardo topunun çarpışması gibi elastik çarpışmalar filmi geri sarsanız da aynen gerçekleşir. Topların geri giderken izlediği yol, birbirine yaptığı açı veya hareket hızı değişmez.
• İki nesnenin çarpışıp birbirine yapışması gibi elastik olmayan çarpışmalarda da bu böyledir. Zaman geçmişe akarken geriye giderek birbirinden uzaklaşan cisimler çarpışma anında harcadığı (yaydığı) enerjiyi eksiksiz geri kazanarak başlangıç durumuna geri dönecektir.
• Yerçekimi zaman geçmişe aksa da cisimleri birbirine çeker. Atom çekirdeklerini oluşturan proton ve nötronları birbirine bağlayan güçlü nükleer kuvvetin şiddeti zamanın oku geçmişi gösterse de değişmez.

Bunun tek istisnası zayıf nükleer kuvvettir. Radyoaktif bozunumdan sorumlu bu kuvvet zamanda simetrik değildir; çünkü radyoaktif izotoplar belirsizlik ilkesi yüzünden rastgele bir hız ve enerjide bozunur. Zaman geriye akarsa radyoaktif atomların yaydığı alfa ve beta parçacıkları (elektronlarla helyum çekirdekleri) uzayda izlediği yolu geri kat ederek koptukları atoma aynı şekilde geri yapışmaz.

Bu istisna çok önemlidir: Bırakın evrende antimaddenin neden nadir olduğunu açıklayabilecek olmasını; zamanın geçmişten geleceğe akmasının nedeninin evren genişlemesi ve entropinin sürekli artmasına bağlı olmayacağını gösterebileceği için önemlidir.

İlgili yazı: İkizler Paradoksu Nedir ve Nasıl Çözülür?

 

Evren küçülürse entropi azalır mı?

İnsan bedeni gibi trilyonlarca atom içeren karmaşık sistemlerde de zaman tersine dönmez; çünkü atomların hareketi kısmen rastlantısaldır. Bedendeki sayısız atomun hareketi ise (bunların bedende olması gibi en genel durumlar dışında) birbiriyle sürekli etkileşime girdikleri için tümüyle öngörülemezdir. Nasıl ki kırıp tavaya koyup çırparak omlet yaptığınız yumurta kendiliğinden birleşip kabuğuna geri dönmez, insan vücudundaki atomlar da (hepsi birden) aynı hareketi tekrarlamaz.

Bunun tek istisnası kettle’da su ısıtmak gibi durumlardır. Kahve suyu ısıtırsınız, su soğur ama tekrar tekrar ısıtabilirsiniz. Oysa bunu yumurtaya yapamazsınız. Yumurta sudan çok daha karmaşık bir sistemdir. Çırpılmış yumurtanın akıyla sarısını ayırıp kırılmamış kabuğun içine koymak imkansızdır. Bu da evren küçülmeye başlarsa zamanın geçmişe akmasının şart olmayacağını gösteren bir ipucudur. 😉

Boltzmann Beyni ve Maxwell Şeytanı’nda anlattım ama entropinin ne olduğunu tekrarlamakta fayda var: Entropi düzensizliğin artması demek değildir. Odanızı nükleer ateşle yakıp atomlarına ayırmak dışında sadece eşyalarınızı çevreye saçarak dağıtırsanız entropiyi pek de artırmış olmazsınız. Einstein’ın dediği gibi nasıl ki “Görelilik aşktan sorumlu değildir”, entropi artışının da odanızın dağınık olmasıyla bir ilgisi yoktur. Entropinin iki tanımı vardır:

İlgili yazı: Antropik İlke: Evren İnsanlar İçin mi Yaratıldı?

 

Evren küçülürse daha düzenli olur mu?

1) Termodinamik tanım: Evrendeki enerji madde parçacıklarının arasında gittikçe eşit dağılır. Örneğin sıcak ve soğuk su karışınca ılık su olur, yani sıcaklık farkı azalır. Bu durumda evrende yararlı iş yapmak için kullanabileceğiniz enerji miktarı azalır. Ya evren genişler, enerji devleşen uzayda iyice seyrelir ve bu yüzden mesela oyuncak otomobili çalıştırmak için yeterli voltaj üretemezsiniz ya da madde ile enerji küçücük bir hacme sıkışır: Nötron yıldızı çekirdeğinden veya kara deliğin içinden madde çıkarıp yakıt olarak kullanamazsınız.

2) Enformasyon tanımı: Uzaydaki belirli bir madde ve enerji kombinasyonunun gerçekleşme ihtimali ne kadar yüksekse entropi o kadar yüksektir. Örnek: Atom bombası ile ağaç iki farklı şeydir ama atom bombası patlayıp kendini ve ağacı kül ederse sizin bu küllere bakarak odun ateşi külü mü, nükleer bomba külü mü olduğunu anlamanız imkansızdır. Özellikle de patlamanın üzerinden 130 bin yıl geçip radyasyon ortadan kaybolmuşsa… Küller çok dağınık olup insanların entropi artışını odanın dağılmasıyla karıştırmasının sebebi budur. Peki bu evrenin küçülmesiyle ilgili bize ne söylüyor?

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Kara delikler oluşuyor

Evren küçülürken boş uzay daralıp galaksiler birbirine yaklaşacaktır. Böylece yerçekimi karanlık enerjiye baskın gelerek maddeyi tek bir noktada toplamaya başlayacaktır. Kısacası küçülen evren kendi içine çöken bir evrendir. Oysa fizikçi Sean Carroll’un dediğinin tersine evren küçülürken zaman tersine dönmez ve bunun iki sebebi vardır: 1) Zamanın okunun entropiye bağlı olduğu bir spekülasyondur. Fizikçiler bunu matematiksel bir konjonktür olarak bile gösterememiştir. 2) Evren küçülürken entropi azalmak yerine yine artar. Neden mi?

1) Karmaşık sistemlerin hiçbir değişiklik olmadan başlangıç durumuna geri dönmesi istatistiksel olarak imkansızdır. Evren kırıp çırpılmış bir yumurtadır. Kozmik omlet kabuğuna geri dönmez. Bir omleti sıkıştırıp kara delik yapabilirsiniz. Evreni de küçültüp kara delik yapabilirsiniz ama yumurtayı geri getiremezsiniz. 2) Zayıf nükleer kuvvet zaman simetrisini kırdığı için atomik düzeyde evrenin tam olarak büyük patlama durumuna geri dönmesi imkansızdır.

Kısacası: Evren küçülürken entropi artmaya devam eder. Madde birleşerek kara delikler oluşturur ki kara delikler maksimum entropiye sahip cisimlerdir! Dolayısıyla a) Zaman entropi artışına bağlı olsaydı evren küçülürken entropi artacağı için zaman geleceğe akmaya devam ederdi. b) Karmaşık sistemler tersinmez olduğu, yani asla eski haline geri dönmeyeceği için (zaman entropiden bağımsız olsa bile ki bildiğimiz kadarıyla öyledir) küçülen evrende zamanın oku ileri göstermeye devam edecektir.

Peki evrendeki kara delik sayısı arttığında zamanın akışı bozulmaz mı? Kara deliklerin yörüngesinde zamanın akışının Dünya’ya göre yavaşladığını biliyoruz. Şimdi bunun etkilerini görelim:

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Zamanın oku için sonsöz

500 gezegen ve 9 güneşli kara delik güneş sistemi yazısında anlattığım gibi küçülen bir evrenin son günlerinde zaman çılgına dönecektir. İki adımın başında bir kara delik olduğu için kara deliklerin güçlü yerçekiminden kurtulup uzayda seyahat etmek imkansız olacaktır. İki gezegendeki insanların saatlerini eşitlemesi de zor olacaktır. Açıkçası Interstellar filmindeki kara delik gezegenindeki durum istisna değil, yaygın olacaktır. Evren küçüle küçüle nihayet bir kara deliğe dönüşecektir.

Gerçekten mi? Büyük patlamanın nasıl oluştuğunu tam olarak bilmediğimiz için buna kesin bir yanıt veremeyiz. Evrenin büyük ezilmeyle yok olması yeni bir büyük patlama ile yeni bir evren başlatır mı? Yoksa zamanla uzay kara deliğin içindeki gibi yer değiştirerek bir sanal uzay yaratır mı? Bu zamansız sanal uzayda sonsuz sayıda evren ezelden beri oluşuyor mu?

Peki bütün bu evrenlere dışarıdan bakmak mümkün olsa (Einstein’ın blok evren modelinde olduğu gibi) sonsuz sayıdaki evrenin gelmişi ve geçmişini hiç akmayan zamanda hep bir arada görmek mümkün olur mu? Bunlar insanı heyecanlandıran sorular ve siz de konu hakkında bildiklerimize hemen bakabilirsiniz. Muhteşem bir hafta sonu geçirerek sağlıcakla ve bilimle kalın. 😊

Zamanın oku ve entropi

¹Arrows of Time in the Bouncing Universes of the No-boundary Quantum State
²The Arrow of Time and the Nature of Spacetime (pdf)
³Cosmology, Time’s Arrow, and That Old Double Standard