Fizikçilerin cevap bulamadığı konu: ZAMAN

Bilim insanı olarak fark edilmenin yollarından birisi, oldukça zor bir problemin üstesinden gelmektir. Fizikçi Sean Caroll şimdiye kadar hiç bir bilim insanının tamamıyla açıklayamadığı çok eski bir soruyu cevaplamaya çalışarak, fizikçi çevrelerinde bir nevi rock yıldızı haline geldi: Zaman nedir?

Zamanın yönü hakkında bir sunum yaptığı, Amerikan Bilimde İlerleme Derneği’nin yıllık toplantısında, katılımcılar, çalışmalarının hayranı olduklarını söylemek için yol boyunca Carroll’ı durdurdular. Carroll toplantı esnasında buluştuğu Wired.com çalışanlarına bir röportaj vererek, teorilerini ve zamanın daima ileri doğru aktığı, asla geriye doğru akmadığı gerçek dünyada Geleceğe Dönüş filmlerinin baş karakteri Marty McFly’ın başından geçenlerin asla olamayacağını anlattı.

Albert Einstein’a göre zaman

Zaman, bir anı başka bir anla kıyasladığımızda ortaya çıkan algıdır. Penceremizden dışarıya baktığımızda, görüş alanımıza giren ilk nesne ile ikinci nesneyi gördüğümüz an arasında bir süre olduğunu düşünür ve arada geçen süreye zaman deriz. İkinci nesneyi gördüğümüz anda, ilk nesnenin bilgisi beynimizde oluşan bir bilgidir; o bilgiyi yaşadığımız anla karşılaştırarak zaman algısını elde ederiz. Bu karşılaştırmayı yapmazsak zaman algımız da olmaz. Zaman algı sonucu oluşan ve tamamen algılayana bağlı, göreceli (izafi) bir kavramdır.

Görelilik Teorisi 20. yüzyılın en büyük fizikçisi olan Albert Einstein’a aittir. İzafiyet Teorisi olarak da bilinen teoriye göre uzay ve zaman bir algıdır. Mutlak zaman yoktur; uzay ve zamanı algılamamız, bulunduğumuz yere ve hareketlerimize bağlıdır. Bir cismin hızına ve konumuna göre, zaman hızlı veya yavaş geçer. Cisim hızlandıkça zaman yavaşlar. Yani hız arttıkça zaman kısalır; daha yavaş akarak sanki durma noktasına yaklaşır.

Bu durumu Einstein’ın çok bilinen ‘ikizler’ örneği ile açıklayabiliriz. Bu örnekte ikiz kardeşlerden biri Dünya’da kalır, diğeri ışık hızına yakın bir hızla uzay yolcuğuna çıkar. Uzaya çıkan kardeş, geri döndüğünde ikiz kardeşini kendisinden çok daha yaşlı bulur. Bunun nedeni uzayda hızla seyahat eden kardeş için zamanın daha yavaş akmasıdır.

Bir cismin hızı gibi, konumu da zamanı etkiler. Genel Görelilik Kuramı, çekim merkezlerinin yakınında zamanın daha yavaş aktığını ifade eder. Ünlü fizikçi Stephen Hawking, bu gerçeği yine bir ikiz örneğiyle şöyle açıklıyor: “Bir çift ikizi düşünelim. Diyelim ki ikizlerden biri dağın tepesinde yaşasın, ötekisi deniz yüzeyinde. İlk ikiz (yani dağın tepesinde yaşayan) ikincisinden daha çabuk yaşlanacaktır. Yani yeniden karşılaştıklarında öbüründen daha yaşlı olacaktır.” Görelilik kuramının doğruluğu, iki bilim adamı; Igna-zio Ciufolini ve Erricos Pavlis tarafından çeşitli ölçümler yapılarak kanıtlandı. NASA, projeye 600 milyon dolarlık bir bütçe ayırmıştı. NASA’nın yetkililerinden olan Erricos Pavlis, Einstein’ın, Dünya gibi büyük cisimlerin kendi eksenleri etrafında dönerken uzay ve zamanı büktüğünü söylediğini, kendilerinin de bundan yola çıkarak araştırma yaptıklarını belirtti. Araştırmanın sonucunda ölçüm yapılan uyduların yörüngesinde Dünya’nın dönüş yönünde yılda iki metrelik sapma belirlendi. Yani uydular yörüngelerinden yılda iki metre kadar dışa doğru itiliyorlardı. Bu, Einstein’ın uzay-zaman sürüklenmesiyle ilgili hesaplarıyla %99 uyumlu bir bulguydu.

Basit anlamda ZAMAN

Bilim, felsefe, din ve sanat farklı zaman tanımlarına sahiptirler, ama ölçüm sistemi göreceli olarak tutarlıdır. Saatler, saniyeleri, dakikaları ve saatleri temel almaktadır. Temel olarak bu birimler tarih boyunca değişkenlik gösterse de, kökleri antik Sümer’e kadar uzanmaktadır. Günümüzde zaman, modern uluslararası zaman birimi, saniye veya sezyum atomunun elektron geçişi ile tanımlanmaktadır. Ama, zaman tam olarak nedir?

Fizik denklemleri, zamanın geleceğe doğru (pozitif) veya geçmişe doğru (negatif) geçip geçmediği hususunda eşit seviyede iyi çalışmaktadır. Ancak, doğal dünyada zamanın tek bir yönü vardır, zamanın oku olarak anılır. Zamanın geri alınamamasının sebebi ise, bilim dünyasında çözümlenememiş olan en büyük sorulardan birisidir.

Açıklamalardan birisi, doğal dünyanın termodinamik yasalarını takip etmesidir. Termodinamiğin ikinci kanunu, kapalı bir sistemde, sistemin entropisinin sabit kaldığını veya arttığını belirtmektedir. Eğer evrenimizi kapalı bir sistem olarak düşünürsek, evrenin entropisi (düzensizliği) asla azalmaz. Diğer bir deyişle, evren, daha önce bulunduğu bir duruma geri dönemez. Geriye doğru gidemez.

Klasik mekaniğe göre zaman her yerde aynıdır. Sekronize saatler ise uyum sağlar. Yine de Einstein’ın genel görelilik kuramından, zamanın göreceli olduğunu bilmekteyiz. Zaman, bir gözlemcinin referans noktasına bağlıdır. Bu, zaman genişlemesi ile sonuçlanabilir, bu durumda olaylar arasındaki zamanın, ışık hızına yaklaşması ile daha uzun hale gelir. Hareketli saatler, hareketsiz saatlerden daha yavaş çalışmaktadır, hareketli saatin ışık hızına yaklaşmasıyla birlikte bu etki daha belirgin hale gelmektedir. Jetlerde ki saatler veya yörünge kayıt süreleri Dünya’dakilere göre daha yavaştır, müon parçacıkları düşerken daha yavaş çürümektedir ve Michelson-Morley deneyi uzun daralma ve zaman genişlemesini doğrulamaktadır.

Bilim insanları, yıllar önce bu ilginç olayı, yüksek irtifada uçan bir füzenin içinde bulunan atomik saat ile aynı zamanda, manyetik alanın etkilerinin daha güçlü olduğu yeryüzünde bulunan başka bir atomik saat ile yaptıkları ölçümlerle gözler önüne serdiler.

ABD’nin Colorado eyaletindeki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’te (NIST) görevli fizikçiler bu defa aynı olayı, yüz defa daha hassas iki süper atomik saat kullanarak günlük hayatta da izleyebildi.

İçinde atomik saat bulunan ve yüksek irtifada uçan füze ile yeryüzünde bulunan saat yerine, bu sefer sadece 33 santimetrelik bir irtifa farkı ile deney yapıldı.

Amerikan bilim dergisi Science’in 24 Eylül tarihli sayısında yayımlanan deneyin sonucuna göre, kişi 33 santimetre yüksekte, yani iki basamak yukarıda bulununca biraz daha çabuk yaşlanıyor. Fark çok zayıf olduğu için hemen farkedilmediğini belirten araştırmaya göre bu fark, 97 yıllık bir ömürde saniyenin 90 milyarda biri kadar.

Araştırmayı kaleme alan bilim insanları, bu farkın insanlar tarafından hissedilmese bile, bu çok hassas, ufacık farkı ölçebilme imkanı, jeofizik gibi başka araştırma alanlarında da kullanılabileceğini belirtiyor.

NIST’teki görevli araştırmacılar, İzafiyet Teorisi ya da Görecelik (relativity) kuramının günlük hayata başka bir etkisini daha tespit etti. Yaptıkları araştırmaya göre, kişi saatte 32 kilometre daha hızlı gittiğinde, zaman daha yavaş geçiyor.