Zaman Oku Var mı? (Alp Akoğlu: Haziran 2000, Bilim ve Teknik)
atominsan.com
“Geçmiş,şimdi ve gelecek birer yanılsamadır;ancak vazgeçilmezdir” Bu sözler
Einstein’e ait.Gerçekten de zaman bizim için vazgeçilmez bir olgudur.
Zaman,sanki bizi doğumdan ölüme taşıyan,içinde yüzdüğümüz,akıp giden bir
ırmak gibidir. Einstein’in görelilik kuramını ortaya atmasıyla ve kuantum
mekaniğindeki gelişmelerle birlikte,zamana bakış açımız da değişti.
Üç boyuttan sonra dördüncü boyut,yani zaman, en farklı duran, bizim için
anlaşılması kolay görünen bir olgu. Zamana bildiğimiz biçimiyle bakalım
önce. Günlük yaşamda,geçmiş ,şimdi ve gelecek,tümüyle farklı anlamlar
taşır. Geçmiş geride kalmıştır,asla geri gelmez,değiştirilemez. Geçmişe
ait bilgilerimiz,çoğunlukla anılardan,bir takm kayıtlardan kaynaklanır.
Geçmişin gerçek olup olmadığını pek düşünmeyiz. Belki de gerçek olan yaşadığımız
andır. Gelecekse henüz gerçekleşmemiştir ve açıktır, her şey olabilir.
Belki de gelecekte olabilecek bazı olayların yönünü aldığımız kararlarla
belirleyebiliriz. Ama başka etkenler, onun tümüyle farklı bir biçimde
gelişmesine yol açabilir. Bunlar hemen herkesin duyumsadığı şeyler. Ancak
bazı bilim adamları, özellikle de düşünürler,bu yaygın inancın yanlış
olabileceğine değiniyorlar.
Zamana iki genel bakış açısı var: Bunlardan birincisi, onu basit bir koordinat
olarak ele alıyor. Buna göre olaylar,bir cismin konumunu enlem ve boylamla
tanımlar gibi gerçekleştiği anı da zaman koordinatında tanımlıyor. Öteki
görüşse,zamanı akıp giden;bir olay gerçekleştiğinde geleceği getiren bir
olgu biçiminde algılıyor.
Eğer zamanın koordinat tanımı doğruysa,ortaya ,akılları karıştıran pek
çok sor u işareti çıkıyor. Gerçekte sorun, Einstein’in özel görelilik
kuramıyla doğdu. Bu kuram, zamanın “kişiye özel”, daha doğrusu, gözlemciye
göre değiştiğini söylüyordu. Einstein, bir olayın,iki farklı ortamda bulunan
gözlemciye göre farklı sürelerde gerçekleştiğini gösterdi. Daha sonra
bu olay, deneylerle de kanıtlandı. Özel görelilik kuramı,zamanın her yerde
aynı biçimde akıp gittiği düşüncesinin doğru olmadığını gösterir. Aslında,
günlük yaşamda karşılaştığımız olaylar,öylesine yavaş gerçekleşiyor ki,göreliliği
yok saymak yanlış olmaz. Çünkü görelilik,ışık hızına yaklaştıkça belirginleşiyor.
Fizikteki tüm başarılı denklemler,zamana göre simetriktir. Fizik yasaları,genellikle
ileriye doğru akan zamanda ne kadar başarılı çalışıyorlarsa,ters yönde
akan zamanda da o kadar başaralı çalışırlar.(Fizik Yasalarındaki Simetri'yi
aşağıda R. Feynman’dan dinleyeceğiz). Gelecek ve geçmiş,olaya fizik açısından
baktığımızda,tümüyle aynı temel üzerine oturmuş gibi görünür. Newton’un
yasaları, fizik ve matematiğin en ünlü denklemlerinden Hamilton’un ve
Maxwell’in denklemleri, Einstein’in genel görelilik kuramı, Dirac’ın ve
Schrödinger’in denklemleri, hepsi zamana göre simetriktir. Yani zamanın
okunu geri çevirebilseydik, herhangi bir sorun çıkmaz, hepsi başarıyla
çalışırdı.
Eğer zamanın bir koordinat olduğunu kabul edersek,bu koordinatta neden
iki yöne birden hareket edemeyelim? Bu zor bir soru. Aynı zamanda kafa
karıştırıcı. Çünkü, gerçek yaşamda,yerden göğe doğru yükselen yağmur damlacıklarına
ya da kırık bir camın kendi kendine birleştiğine tanık olmuyoruz. Fizikçiler
zamanın yönünü anlatırken “zamının oku” deyimini kullanırlar. Bu ,havada
uçan bir or değil,onun ne yöne gittiğini gösteren bir ok. Peki bu ok neden
ters yönü göstermesin? Bu konuda aşmamız gereken bazı sorular var. Termodinamiğin
ikinci yasası,yalıtılmış ortamlarda,ısının sıcaktan soğuğa akacığını söyler,
öteki yöne değil.
Sonuçta,sıcaklığın düzgün dağıldığı,termodinamik denge denen kararlı bir
duruma gelinir. Termodinamik denge aslında tam bir dağınıklık halidir.
Termodinamiği işin içine katarak, zamanın okunun yönünün neden hep ileri
doğru göründüğüne bakabiliriz. Kapalı bir odada,bir şişe parfümün kapağını
açtığımızda,parfüm buharlaşır ve moleküller tüm odaya da yayılır. Parfüm
moleküllerinin bir araya gelerek şişede toplanmalarını bekleyemeyiz. Bu
olayı,düzenli durumdan düzensizliğe doğru olan bir hareket olarak tanımlayabiliriz.
Bir başka düşünce deneyinde, bir masanın kenarında duran su dolu bir bardağı
ele alalım. Bardağı ittirerek yere düşmesine yol açarsak,büyük olasılıkla
bardak kırılır;cam parçaları ve su her yana saçılır. Bu olayda,fizik yasalarına
aykırı gelişen bir şey yok. Olayı tersinden izleme şansımız olsaydı (en
azından olayı filme alıp tersine izlemekle bu olabilir)kırık cam parçalarının
bir araya gelerek bardağı oluşturduğunu;dökülen suyun toparlanıp,bardağı
doldurduğunu;sonra da bardağın masadaki yerini aldığını görürdük. Bize
her ne kadar garip gelse de bu olay da tümüyle fizik yasalarına uygun.
Yine,parfümün odaya dağılması gerçekten tersinmez bir olay mı?Hava-parfüm
karışımı içinde moleküller sürekli birbiriyle çarpışır. Bu,yani moleküllerin
çarpışması tersinebilir bir olaydır. Filmi tersinden izlersek,bize fazla
aykırı gelen bir şey görmeyiz. Bu,en a z ı n d an molekül bazında,zamanın
simetrik olabileceğinin bir göstergesi.
Bardağın masadan yere düşmesi ve onu izleyen olaylar bize garip gelmez.
Bu,günlük yaşamda pek çoğumuzun karşılaştığı bir olaydır. Bizi asıl düşündüren,biraz
önce tersinden izledi?imiz film gerçek olsaydı, bardağın toparlanıp masaya
çıkabilmesi için gereken enerji olabilir. Burada da termodinamiğin birinci
yasası akla geliyor:Acaba enerji korunuyor mu?Bardağın,yere düşerek parçalanması
sırasında ortaya çıkan enerji,onun tekrar bir araya gelerek masaya sıçraması
için gereken enerjiye denktir. Yani,böyle bir olayı tersine çevirmek için,fazladan
enerji gerekmiyor;enerji korunuyor. Bu durumda,bu olayın da zamanda tersinir
o l a b i l e c e ği anlaşılabiliyor.
Günlük yaşamda,böyle olayların olmasını bekleyemeyiz. Çünkü,cam kırıklarındaki,sudaki
ve yerdeki atomların hareketi çok karmaşık olacaktır. Her biri bir tarafa
gideceği için tıpatıp aynı yolu tersine izleyerek yeniden buluşmaları,ancak
bir mucize eseri gerçekleşebilir. Günlük yaşantımızda gördüklerimiz,bu
tür olayları da içerseydi,bu olayları yadırgamayacaktık. Zaman,şimdikinin
tersi yönde ilerliyor olurdu. Şimdi,olaya bir de neden-sonuç ilişkisi
yönünden bakalım. Yaşadığımız dünyada,nedenler sonuçlardan önce gelir.
Bir başka deyişle,sistemde yaptığımız değişiklik (bardağı yere düşürmemiz
gibi),onun daha düzensiz bir duruma (bardağın parçalanması,suyun her yana
saçılması gibi)doğru bir gelişim göstermesine yol açar. İşte bu gelişim,yani
düzenden düzensizliğe doğru ilerleme,entropi kavramıyla ifade edilir.
Genel bir tanımlamayla,entropi açıkça görünen düzensizliğin ölçümüdür.
Buna göre,yere düşüp kırılan bir bardak,masada duran bir bardağa göre
daha yüksek entropiye sahiptir. Benzer biçimde,şekerli kahvenin entropisi,kahvenin
içinde erimemiş şeker den daha yüksektir.
Aslında,termodinamiğin ikinci yasası,bir umutsuzluk mesajı verir gibi.
Çünkü,ona göre,sistemin düzeni, zorunlu olarak sürekli bozulmaktadır.
Evrenin,büyük patlamayla ortaya çıktığı kuramı,hemen hemen tüm bilim adamlarınca
kabul görüyor. Bu kuram gerçekten doğruysa,zaman da büyük patlamayla ortaya
çıkmış olmalı. Büyük patlama,çok yüksek bir enerji biçiminde ortaya çıkmıştı.
Bu enerjinin ışımasının kalıntılarını evrende hâlâ mikrodalga ışıması
olarak gözleyebiliyoruz.
Büyük patlamayı,bildiğimiz anlamda bir patlama olarak;yani,maddenin bir
noktadan,daha önce var olan uzaya fışkırması gibi ele almamamız gerekiyor.
Çünkü,uzayın kendisi bu patlamayla oluşmuş.Yani,bir merkez noktası yok.
Dolayısıyla da,patlama sırasında ortaya çıkan madde,tüm evreni aynı anda
doldurdu. Evren,ilk zamanlarında son derece sıcaktı. Bugün,birtakım hesaplamalar
sayesinde,büyük patlamayı izleyen saniyenin on binde birinden yaklaşık
üç dakika sonrasına kadar gelişen olayları ayrıntısıyla biliyoruz.
Bu hesaplamaların sonuçlarına göre,evrenin her yanına düzgünce yayılan
madde, ışık (fotonlar), elektronlar ve protonlar,alfa parçacıkları (helyum
çekirdekleri),başka tür çekirdekler ve belki çok miktarda nötrinolar gibi
“görünmez ”ve varlıklarını pek az hissettiren parçacıklardan oluşmuştur.
Bu maddenin bileşenleri,özellikle de elektron ve protonlar,bir araya gelerek,yıldızları
oluşturan gazı (özellikle hidrojeni) büyük patlamadan yaklaşık yüz milyon
yıl sonra ürettiler.
Termodinamiğin ikinci yasası bize zamanın okunun yönünün düzenden düzensizliğe
doğru olduğunu söylese de evrene baktığımızda bunun tersini görüyoruz.
Ortada bir çelişki var. Yani,ok,sanki düzensizlikten düzen yönüne doğru.
Bu nasıl olabilir?Burada,işin içine bir başka etken giriyor:kütleçekimi.
Yukarıda, ikinci yasadan söz ederken atladığımız önemli bir nokta var.
O da bu yasanın işleyebilmesi için sistemin yalıtılmış olmasının gereği.
Madde,ısı ve ışıma,sistemin birer yapıtaşı. Ancak,sistemi yalıtmak için
kütleçekimi de bu sistemin içine katılmalı. Parfüm şişesinin kapağını
açarak kapalı bir odada yaptığımız deneyde,kütleçekiminin parçacıklar
üzerinde ihmal edilebilir bir etkisi vardı. Bu nedenle,laboratuvar ortamında
kütleçekimini hesaba katmayabiliriz. (Aslında,yeterince bekleseydik,parfümü
oluşturan moleküllerin zamanla yere çökeceğini görürdük.)Ancak, çok daha
büyük sistemleri düşündüğümüzde,örneğin evreni,kütleçekimi kaçınılmaz
bir gerçektir.
Maddeyi birbirine çekerek bir araya getirir ve topaklanmalara yol açar.
Bu topaklanmanın uç noktası kara deliklerdir. Bir kara deliğe termodinamik
açıdan bakarsak,onun mutlak bir denge durumunda oldu?unu söyleyebiliriz.
Yani parfüm şişesinden dağılan moleküllerin tersine,burada kütleçekimi
devrede oldu?undan,madde bir araya gelerek denge durumuna ulaşır.
Bu noktada,laboratuvar ortamının tersine,madde evrende var olduğundan
bu yana onu etkisi altında tutan kütleçekimi,sorunlara çare oluyor. Normal
bir gaz için,artan entropi,gazyn düzgün dağılmasını sağlama eğilimindedir.
Kütleçekimi olan (ya da hesaba katılan)cisimlerden oluşan bir sistemde
bunun tersi geçerlidir. Madde,kütleçekimiyle bir araya geldikçe,sistemin
entropisi yükselir. Olabilecek en yüksek entropiyse,karadeliklerdedir.
Kütleçekimini termodinamikle “evlendirme ”ve denklemlere dökme,en iyi
fizikçileri bile zorluyor.
Ancak,bu olaylara düzen ve düzensizlik yönünden değil de,“bilgi ”yönünden
baktığımızda,işin içinden çıkmak daha kolay oluyor. Düzensiz bir sistemi
anlatabilmek için,ondan az da olsa bilgi alabilmemiz gerekir.
Örneğin,bir fanusun içindeki gazın sıcaklığı ve hacmi,onun termodinamik
özelliklerini anlatır. Ancak,bu gaz düzgün dağılmamışsa,yani bir takım
sıcak ve soğuk bölgelere sahipse, çok daha fazla “anlatacak şeyi ”olur.
Dengeye ulaştığındaysa,bu bilgi geri dönülmez biçimde yok olur. Bir cisim,kara
deliğe dönüşürse, dışarıya hemen hemen hiç bilgi sızdırmaz. Kara deliğin
kütleçekim kuvveti o kadar fazladır ki,ışık bile ondan kaçamaz. Karadeliğin
olay ufkunu geçen hiçbir şey ışıktan hızlı hareket edemeyeceği için,onun
içinde yutulur. Doğal olarak da karadelik hakkında herhangi bir bilgi
de ondan dışarı çıkamaz. Bu,dışarıdaki bir gözlemciye göre,olayların geri
dönülemez olduğu anlamına gelir. O halde,olaya geniş bir açıdan bakacak
olursak,karadelikler de termodinamiğin yasalarına uyarlar. Aradaki bir
fark,kütleçekimi işin içinde olduğunda,denge,dağılarak değil,topaklaşarak
sağlanır. Ama,sonuçta, bir denge durumu ortaya çıkar.
Evrenin kütleçekimi sayesinde topaklanarak denge durumuna doğru ilerlediği
ortada. Ancak,bu yine de evrenin nasyl olup da her bakımdan dengeli bir
durumdan ortaya çıktığı pek anlaşılmış değil. Oluşturulan evren modellerine
göre,ºbu an genişlemekte olan evren,içerdiği
madde miktarına bağlı olarak,ya sonsuza değin genişleyecek,ya da kütle
galip gelirse genişlemesi duracak ve yeniden çökmeye başlayacak. Eldeki
son verilere göre büyük olasılıkla çökme gerçekleşmeyecek. Yine de, evren
bir gün çökmeye başlarsa zamanın okunun yönü ne olacak?
1960 ’larda,Thomas Gold ’un öne sürdüğüne
göre,eğer evren çökmeye başlarsa,okun yönü tersine dönecek.Isı,soğuktan
sıcağa akacak,yağmur damlaları yerden göğe yükselecek,insanlar gençleşecek.Bu,benimsenmesi
zor bir durum. Bu durumda,insanlar her şeyi yaşamış olarak doğacaklar,hiçbir
şey onlara yabancı gelmeyecek. Çok karışık bir durum söz konusu.
Birkaç yıl önce,California Üniversitesi ’nden Murray
Gell-Mann ’ın açıklaması daha tatmin edici nitelikte. Gell-Mann,gözlenen
evrenin simetrik olmadığını öne sürüyor ve bunu açıklamak için de kuantum
kuramından yararlanıyor. Kuantum fiziğine göre,evrenin herhangi bir durumu
pek çok farklı biçimde evrimleşebilir. Bu olasılıklardan bir bölümüne
göre evren düzgün bir biçimde ortaya çıkıp,içindeki madde topaklanabilir;ötekilere
göreyse farklı biçimlerde evrimleşebilir. Birkaç olasılığa göre de düzgün
bir yapıyla oluşan evrendeki madde topaklanabilir;daha sonra çökmeye başlayarak
yeniden düzgün bir yapı kazanabilir. Yani,simetrik bir evren ortaya çıkması
da olası. Ancak,bu olasılıklardan sadece birkaçı canlılar tarafından anlaşılabilir.
Yaşam,termodinamik dengesizliğe dayanır. Bu nedenle,zaman simetrisi olan
bir evreni gözleme şansımız pek fazla değil gibi görünüyor.
Alp Akoğlu
Kaynaklar
Barbour, J.,Timeless,New Scientist,16 Ekim 1999
Davies, P.,Time's Arrow,New Scientist,1 Kasym 1997
Walker,G., Here Comes Hypertime, New Scientist,1 Kasym 1997
Penrose, R., Çev:Dereli,T.,Kralyn Yeni Usu III /Us Nerede, Türkiye Bilimsel
ve Teknik Araştırma Kurumu, 1997 Haziran 2000 (atominsan.com)