Zaman Akıyor mu, Yoksa bir Yanılsama mı?

Zaman nedir ve bir nehir gibi geçmişten geleceğe akıyor mu? Zaman gerçek mi, yoksa maddenin uzayda yer, şekil ve özellik değiştirmesinden kaynaklanan bir yanılsama mı? Sahi saatler nasıl çalışır ve zamanı nasıl ölçer? Peki fizikçiler zaman gerçek değil derken neyi kast ediyor? Zamansız fizik teorisi olur mu ve evrenin oluşumunu zaman olmadan açıklayabilir miyiz?

Zaman nedir ve nasıl akıyor?

Vakit nakittir ve hayatta yenilemeyen tek kayrak zamandır. Zaman geçip gider ve kaybolan saatleri veya gençliğinizi geri getiremezsiniz. Einstein’ın dediği gibi, “Güzel bir kadının yanında otururken bir saat bir saniye gibi geçer ama kızgın korlar üzerinde yürürken bir saniye bir saat gibi gelir. İşte görelilik budur ama görelilik aşktan sorumlu değildir.” Oysa bütün bunların sebebi olmalı.

Bizim de evrenin büyük patlamayla oluşmasından uzak gelecekte büyük donmayla yok olacak olmasına dek her şeyi önce zaman gerçek mi diye sorarak yanıtlamamız gerekiyor. Ray Cummings zaman nedir sorusunu şöyle cevaplamış: “Zaman her şeyin bir anda olmasını önleyen şeydir.” Güzel bir cevap ama pek yararlı değil. Wikipedia da bu konuda pek yardımcı olmuyor ve zaman saatlerin ölçtüğü şeydir diyor. Oysa zamanın en kesin tanımını Einstein yapmıştır:

Einstein 1905-1917 arasında geliştirdiği görelilik teorisiyle zamanı matematiksel bir boyut olarak tanımladı. Fizikte boyut içinde hareket edebildiğiniz yöndür. Örneğin üç uzay boyutu var ve bunlar birbirine 90 derece açı yapar. Dördüncü uzay boyutu olsa bu da diğer üçüne birden 90 derece açı yapacaktı. Einstein zamanı bir boyut olarak göstererek evreni üç uzay + bir zaman boyutuyla 4B olarak tanımladı. Bu bilgi konumuzun püf noktasıdır:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Öyleyse zaman akıyor

Dikkat ederseniz üç uzay boyutunu birbirinden bağımsız düşünemezsiniz. Tek boyutlu bir şeyi, hele boyutsuz matematiksel bir noktayı hayal edemeyiz bile! Oysa görelilikte zaman tek boyutludur. İyi ki de öyle. 3-5 zaman boyutu olsa geçmişle gelecek yün yumağı gibi dolanır, işler sarpa sarar ve anlamlı bir hayat yaşamak iyice zorlaşırdı. Espri bir yana görelilikte uzayla zaman arasında çok önemli bir fark vardır: Uzayda olduğunuz yerde durabilirsiniz ama zamanda duramazsınız.

Zamanı donduramaz ve hep ışık hızında geleceğe gidersiniz. Sadece herkes ve her şey sizinle aynı hızda geleceğe gittiği için zaman makinesini anlatan bilimkurgu filmlerindeki gibi 1000 yıl sonraya herkesten önce gidemezsiniz. Peki görelilikte uzay-zamanın bir bütün olması zamanın uzay kadar temel olduğunu gösterir mi? Yoksa zaman uzaydan mı türer? Bunu aklınızda tutun ama önce x ve y çizgilerini birleştiren klasik bir Kartezyen uzay-zaman düzlemini düşünün.

Bu düzlemde x’i uzay ve ona dikey olan (90 derece açı yapan) y’yi de zaman olarak gösteririz. İstanbul’dan Bodruma giderken hem uzayda hem zamanda yol alırsınız. Bu hareketi x, y düzleminde bir köşegen çizgi olarak gösterirsiniz. Konvansiyonel olarak, yani bilim insanlarının zamanı göstermek için kabul ettiği tercihe bağlı bir kural olarak bu düzlemde ışığı düzlemi tam ortadan çapraz kesen, yani x ve y çizgilerine 45 derece açı yapan bir köşegen olarak gösteririz. Peki uzayla zaman nasıl yer değiştiriyor?

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

 

Zaman akıyor ve zamanuzay oluyor

Hiçbir şey ışıktan hızlı gitmediği için roketler uzay-zaman düzleminde en fazla 44,99∞ açıyla uzanan bir çizgi çizebilirler. Hız = uzay / zaman eşittir. Bu nedenle Kartezyen düzlemde hızlanır veya yön değiştirirken çizdiğiniz açı zamandan uzaya ve uzaydan zamana dönüş açınızı gösterir. Oysa ışık hızında ya da ışıktan hızlı gidemeyeceğiniz için x veya y çizgilerinin üzerine binmeniz imkansızdır.

Işık hızında gidiyor olsanız zaman akmazdı ve ışıktan hızlı gidiyor olsanız uzay ve zaman yer değiştirerek tıpkı bir kara deliğin içinde olduğu gibi zamanuzay olurdu. Kara deliğin içinde nereye giderseniz gidin, ister yukarı ister aşağı gidin hep kara deliğin merkezindeki tekilliğe ulaşırsanız; çünkü kara deliğin içinde zaman üç boyutludur ve uzay da tek boyutludur.

Dolayısıyla kara deliğin içinde ışıktan hızlı gitmeyi başarsanız bile yine kara delikten çıkamaz ve sonsuz geçmiş ya da gelecekte hep tekilliğe varırsınız (ışıktan hızlı gitmek geçmişe gitmek demektir). Zaman akıyor mu sorusu için zamanla uzayın kara deliğin içinde yer değiştirdiğini de aklınızda tutun. Peki bütün bunların doğru olduğunu nereden biliyoruz? Zamanı saatlerle ölçebiliyor ve görelilik teorisindeki bu sonuçların doğru olduğunu gösterebiliyoruz.

Saatler nasıl çalışır derseniz zamanı düzenli aralıklarla ölçerler. Kuantum fiziğine göre evrende ölçülebilecek en kısa zaman aralığı 10^-44 saniye ile Planck zamanıdır. Bunu görelilik teorisine uygularsak evreni masaya yan koyulmuş dilimli bir tost ekmeğine benzetebiliriz. Ekmek poşetinin dibi (solda) büyük patlama anını (yani geçmişi) ve poşetin ucu da uzak geleceği gösterir. Ekmek dilimleri ise Planck zamanı aralıklarıyla dilimlenmiştir. Peki bu tasarımda zaman akıyor mu?

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Zamanın oku

Ne görelilik ne de kuantum mekaniğinde zamanın aktığını gösteren bir denklem yoktur. Zamanın akışını denklemlerle gösterebiliriz ama bu denklemler zamanın neden aktığını göstermez. Görelilik ve kuantum fiziği dahil bütün fizik teorileri zamanda simetriktir. Zaman geçmişe aksa da aynen işler. Görelilikteki blok evren tasarımında bizim zamanın akışı olarak algıladığımız şey Planck zamanı aralıklarıyla art arda ve olayların akışını gösterecek uygun sırayla dizilmiş uzay dilimleridir.

Oysa olayların bir dilimden diğerine sırayla geçerek gerçekleşmesi ve zamanın akmasını gerektiren hiçbir kural yoktur. Bir şey hariç: Madde ve enerji bir daha tekrarlanmayacak şekilde uzayda sürekli yer değiştirir, şekil ve özellik değiştirir ama bunların hiçbiri zamanda tanımlanmaz. Hepsi uzayda tanımlanır. Kısacası madde ve enerji uzayda hareket ettiği için zaman akıyor gibidir. Madde zaman dikte ettiği için değişmez. Zaman madde değiştiği için akar.

İşte bu yüzden fizikçiler zaman gerçek değil diyor; çünkü zaman uzaya bağlıdır ama uzay zamana bağlı değildir. Einstein uzay-zamanı birleştirdi ama dikkat edecek olursanız hep uzaya öncelik verdi: Kütle uzayı büker, bükülen uzayda ışığın aldığı yol uzar ve biz de bunu zamanın yavaşlaması olarak algılarız. Zaman bağımsız bir gerçekliğe sahip değildir. Peki uzay zamandan bağımsız olabilir mi?

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Zaman akıyor ama bildiğiniz gibi değil

Zaman gerçek mi diye sormadan önce gerçekten ne kast ettiğimize bakalım: Bilimde gerçek gözlemlerimizi doğru olarak açıklayan bir teorinin gerekli bileşenidir. Örneğin kuarklar gerçektir ama görebildiğimiz için değil. Protonları oluşturan kuarkları göremeyiz, protonlar çarpıştığında ürettiği enerji izlerini de göremeyiz. Yalnızca bu izlerin detektörlerdeki etkisini görebiliriz (güneşe baktıktan sonra gözünüzde benekler oluşması gibi).

Buna rağmen kuarklar gerçektir; çünkü CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısında çarpıştırılan protonların davranışlarını ancak kuark parçacıklarının var olduğunu kabul ederek açıklayabiliriz. Bu bağlamda görelilik teorisinde zaman gerçektir; çünkü bu teorinin düzgün çalışması için gereklidir. Peki zamana ihtiyaç duymayan bir fizik teorisi olabilir mi? Evrenin oluşumunu zaman olmadan açıklayabilir miyiz? Bunları sorarken dikkatli olmamız lazım:

Örneğin sicim teorisi gerçekse kuarklar tek boyutlu (enerji?) sicimlerinden oluşur ama bu kuarkların gerçek olmadığı anlamına gelmez. Yalnızca sicimlerden oluştuğu anlamına gelir. Gelecekte genel görelilikteki eksikliklerini giderirsek bunu göreliliğin yanlış olduğunu göstererek yapmayacağız. Görelilik doğrudur ama büyük olasılıkla daha genel ve derin bir teorinin, belki de tüm evreni tek denklemle açıklayacak her şeyin teorisinin özel bir çözümüdür.

Bu durumda evet, evreni zamansız bir teoriyle açıklamak mümkün olabilir ve ama zamanın en temel olgu olmaması, zamanın gerçek olmadığını, zamanın akışının bir yanılsama olduğunu göstermez. Sadece zamanın örneğin uzaydan türeyen bir özellik olduğunu gösterir. Bu ilk bakışta devrimsel gelebilir ama aslında değildir. Nasıl ki Einstein kütlenin (dolayısıyla maddenin) enerjiden türeyen bir özellik olduğunu gösterdi (madde gerçektir ama en temel değildir), biz de zamanın uzaydan türeyen bir özellik olduğunu gösterebiliriz. Nasıl mı?

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

 

Kuantum kütleçekim kuramı

Görelilikte uzay-zaman bir bütündür ki uzayı ölçerek zamanın akışını da ölçebilirsiniz; yani görelilik size saatlerin neden ve nasıl çalıştığını söyler ama kuantum mekaniğinde rastlantısallık vardır. Evreni Planck uzunluğundan kısa mesafeler ve Planck zamanından kısa anlarda ölçemeyiz. Heisenberg’in belirsizlik ilkesine göre moleküller, atomlar, atomaltı ve temel parçacıklara rastlantısallık hükmeder. Radyoaktif plütonyumun bozunarak daha hafif bir atoma dönüşmesi rastlantısaldır.

Açıkçası bu da kuantum fiziğinin eksik olduğunu gösterir. Kuantum mekaniği zamanı ölçemez ama görelilik ölçebilir. Peki zamanın temel olup olmadığını veya zamansız bir teoriyi görelilikle kuantum mekaniğini birleştiren kuantum kütleçekim kuramı geliştirerek gösterebilir miyiz? Belki ama kuantum kütleçekim kuramı bile bu soruyu yanıtlamayabilir:

Neden kuantum mekaniğini göreliliğe eklemeye çalışmıyoruz da göreliliği kuantum mekaniğine eklemiyoruz? Çünkü bizler atomlardan oluşuyoruz ve atomların nasıl oluştuğunu kuantum mekaniği gösteriyor. Görelilik sadece atomların milimetrenin onda birinden uzun mesafelerde uzayda nasıl hareket ettiğini gösteriyor fakat bu da taraflı bir yaklaşım. Büyük olasılıkla kuantum fizikçilerinin yanıldığı taraflı bir yaklaşım. Belki de görelilik kuantum mekaniğine asla eklenemeyecek.

Nitekim halka kuantum kütleçekim kuramı ve çok sayıda sicim teorisi bunu başaramadı. Üstelik bunun çok basit yanıtı olabilir. Görelilik ile kuantum mekaniği birbiriyle asla bağdaşmayan ama daha genel ve derin bir teorinin parçası olabilir. Zamansız bir teorinin… Peki zaman büyük patlamayla mı akmaya başladı?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Büyük patlamayla akmaya başladı

Büyük patlamayla ilgili üç olasılık geçerlidir:

• Uzay-zaman evrenle oluştu.
• Birden fazla evren varsa her evrenin uzay-zamanı farklıdır.
• Dolayısıyla zaman evrenin oluşumuyla akmaya başladı.

Bu durumda zaman evrenle oluşmuş olabilir ama uzay evrenden önce de var olabilir. Uzay tüm evrenlerin oluşmasına izin veren nihai ve ezeli temel olabilir. Nitekim Hawking vefatından önce kara deliklerin içinde uzay-zamanın zamanuzay olmasından hareketle büyük patlamayı sonsuz bir uzay-sanal zaman yüzeyinde çok küçük ama sonlu bir nokta olarak tanımlamıştı.

Öyle ki büyük patlama bize göre uzay-zamanda bir nokta değil, zamanda bir andır ama aslında mega uzayda bir koordinat, bir noktadır. Böylece evrenin hiçlikten nasıl oluştuğunu da gösterebiliriz. Evren sonlu uzay-zamanın dışında, sonsuz uzay-sanal zamandan oluşan başka bir uzay alanında oluştu. Yine de bunu tutarlı bir teoriye dökmeli ve ardından test etmeliyiz. Peki nasıl yaparız?

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Zaman için sonsöz

Bilim insanları uzay-zaman bölünmez bütündür diyen ama ne uzay ne de zamanın tam olarak ne olduğu ya da nasıl oluştuğunu söylemeyen görelilik teorisini daha temel bir teoriyle güncellemek için çalışıyorlar. Kuantum fiziğinde dolanık parçacıkların birbirini anında etkilemesinden hareketle, biraz da Lee Smolin ile Carlo Rovelli’nin öncülük ettiği halka kuantum kütleçekim kuramından esinlenerek uzayı bir network olarak görüyorlar.

Buna göre uzay bile nihai temel değildir: Ne olduğunu bilmediğimiz enerji düğümlerinden oluşan ve bir evren oluştuğu zaman kendini parçacıklar olarak gösteren bir networktür. Dijital fizikçi Stephen Wolfram’ın hiper grafiklerine veya Amplituhedron teorisindeki gibi örümcek ağına benzeyen bir enerji ağıdır. Zaman da bu ağın içindeki madde ve enerjinin hareketinden türer.

Benim en ilginç bulduğum teori ise tıpkı diğerleri gibi ayrıca yazacağım Janus Noktaları’dır. Julian Barbour son 20 yılda genel göreliliğin yerini alabilecek tümüyle zamansız bir teori geliştirdi. Bu teori de zamanı uzaydaki parçacıkların birbiriyle kurduğu ilişkiden türetiyor. Böylece fizikteki son gelişmelerin bizi iki sonuca götürdüğünü gördük:

1) Zaman uzaydan türüyor ve uzay doğada temel bir unsun olabilir. 2) Uzay da enerji alanlarının kendi içinde networkler, ağsı yapılar türetmesiyle ortaya çıkıyor olabilir. Bu durumda bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirsek bile bunu görelilik ile kuantum fiziğini birleştirerek yapamayabiliriz. Bize bambaşka bir teori gerekebilir. Siz de evrenin iki boyutlu bir hologram olup olmadığını şimdi sorabilir, sicim teorisindeki ek 7 uzay boyutunu görebilir ve kozmik sicimler sayesinde yıldızların içinde bambaşka canlı türleri yaşayıp yaşamadığını merak edebilirsiniz. 2021’in ilk haftası muhteşem geçsin. Sağlıcakla ve bilimle kalın. 😊

Zaman akıyor mu?

¹The Janus Point: A New Theory of Time
²Identification of a gravitational arrow of time
³Janus Points and Arrows of Time