Fizikte Zaman Kavramı

Zaman, anlaması, anlatması, tanımlaması en karmaşık kavramlardan biridir.



Felsefe, din ve edebi bilimler, zaman için tarih boyunca farklı tanımlar yaptılar, ancak ölçüm sistemi nispeten tutarlılık gösterir. Bu ölçüm saniyeler, dakikalar ve saatler sistemine dayanır. Kökeni Sümerlere uzanan bu ölçüm birimlerinin temeli, tarih boyunca değişkenlikler gösterir. Günümüzde uluslararası zaman birimi olan saniye, sezyum atomunun titreşim frekansı ile tanımlanır.

Fizik, açıkça zamanı inceleyen tek bilim dalıdır. Zamanı anlamak evrende fizikçiler için anlaşılması en zor olgulardan biridir. Zaman belki evrendeki en modern ve karmaşık fiziksel model olabilir. Peki tam olarak zaman nedir?
Fizikte zaman, bu evren sınırları dahilinde ve canlı, cansız tüm maddelerin içinde bulunduğu bir boyuttur. Uzayda oluşan her şey zamanın içindedir. Zaman sübjektiftir, yani herkes için aynı değildir. Fizikçiler zamanı, geçmişten bugüne geleceğin ilerleyişi olarak tanımlarlar. Zaman uzaysal boyutu olmayan bir sürekliliktir, hiçbir şeye bağlı değildir. Diğer bilimlerde ise, geçen süre veya bir saat olarak tanımlanır.
Modern fizikte zaman kavramının önemi Albert Einstein ile birlikte başlar.

Einstein ve Zaman

Einstein dönemine kadar geçerli olan Newton fiziği uzay-zamanı ayrı ele alır, zamanı; evrenin her noktası için mutlak kabul ederek, zamanın bütün referans sistemlerinden bağımsız olduğunu söyler. Einstein bu kavramın yanlış olabileceğini daha o günlerde öngörür. Işık hızı ile zaman arasında bir kopma noktası olabileceğini düşünür. Bu düşünceyi örneklerle desteklemeye çalışır.
Bir saat kulesinin yakınlarında olduğunu düşünen Einstein, kulenin 12’yi gösterdiğini varsayar. Saatin tam 12 göstermesi, ışık ışınlarının önce saat kulesine ve oradan da Einstein’ın gözüne yansıması demektir. Ama ışık ışınlarının tam saat kulesindeyken ve Einstein’ın gözlerine gelirken aldığı yol boyunca olan tüm zaman aralığında hep aynı bilgiyi taşıdığını (saatin 12 olduğu bilgisi) fark eder. Bu noktadan hareketle ışık ışınları için zamanın durduğu sonucuna ulaşır. "O ışık ışınının üzerinde yolculuk yapsaydım dünyayı nasıl görürdüm" diye düşünen Einstein’ın bu düşüncesinde, yıllar sonra bulacağı görelilik teorisinin altyapısı oluşmaya başlamıştır.

İnsanoğlunun gözlemleyebildiği zaman, ışık hızından ibarettir, diğer bir deyişle ışık hızı, zamanın durduğu noktadır. Hareket ettikçe zamanı yavaşlatırız. Albert Einstein mekân-zaman-hareket ilişkisinin birbirine bağımlı olduğunu söylemişti. Bu teori 1971 yılında bir deneyle incelendi. Bu deneye göre iki atom saati birbirine göre ayarlanarak saatlerden biri yeryüzünde sabit bırakıldı, diğer saat ise uçağa konularak dünyayı dolaştırıldı. Deneyin sonucu, Einstein’ın haklılığını ortaya koydu. Çünkü dünya turu yapan saat, duran saatten daha kısa bir süreyi gösterdi.
Görelilik teorisinde Einstein, evrende ivmeli hareket eden hiçbir nesnenin ışık hızına ulaşamayacağını söyler. Yeterli güçte bir roket olduğunu varsayalım. Görelilik ilkesi doğrultusunda, ışık hızına çok yakın hızlara ulaşmasına rağmen hızı arttırmakta ısrar ettiğimizde verilen enerji sürekli olarak kütleye dönüşür. Bir başka ifadeyle kütlesi olan hiçbir şey ışık hızına ulaşamaz. Zaten ışığı oluşturan taneciklere yani fotonlara bakıldığında kütlesiz oldukları gözlemlenir. Ayrıca fotonların ışık hızında hareket etmesi, zamanlarının olmadığı anlamına gelir yani sıfır zamanda hareket ederler.

Görelilik teorisiyle birlikte zamanın göreceli bir kavram olduğu ortaya çıkar. Böylelikle yepyeni bir bilimin kapısı aralanmış ve modern fizik doğmuş olur.



Tarih Boyunca Zaman

Güneşin doğuşu ve batışı yani gündüz-gece döngüsü insanoğlunun ezelden beri aşina olduğu ve takip ettiği bir doğal olaydır. Pratik hayatında kullandığı birçok olguyu, yürüttüğü işleri bu doğrultuda sıraya yerleştiriyordu. Sabah güneş aydınlığı ile beraber kalkmak, avlanmak, koyunları otlatmak, karanlık olduğunda yatıp uyumak gibi.
Gündüz-gece döngüsü “zaman” kavramının temelidir denebilir. Sonraları insanoğlu, o an yaşadığı zamanı, daha önce yaptıklarını ya da daha sonra yapacaklarını zaman kavramı dahilinde açıklama gereği duydu. Bunun için herkese göre sabit olan bir niceliği zaman ölçüsü olarak tanımlamak gerektiğini fark etti.
Zaman gibi soyut bir kavramdan bahsederken anlaşılır kılmak ve kargaşayı önlemek için bir referans noktası belirtmek gerekir. 1960 yılına kadar, zaman standardı olarak ortalama güneş günü dikkate alındı. Bir saniye, bir güneş gününün 86.400’de biri [(1⁄60)*(1/60)*(1/24)] olacak şekilde hesaplanmıştı. Ama bu tanımlama gelişen teknoloji karşısında hassasiyetini giderek kaybetti. Fizikçiler 1967 yılında zaman kavramı için yeni bir sabit oluşturdular: Atomik saat. Sezyum atomunun 9.192.631.770 defa titreşim yaptığı süreye 1 saniye dendi. Bunun nedeni, sezyum atomu titreşiminin en kararlı titreşim olmasıydı. Diğer atomların titreşimleri daha kısa sürelerde sapma gösterirken sezyum 100 milyon yılda 1 sn. gecikir. Çok kesin gibi gözüken bu tanımın hassasiyeti şimdiki zamanlarda gelişen nano teknolojinin ihtiyaçlarını karşılamakta zorlanmaya başlamıştır.

Termodinamik Yasaları Gereğince

Zamanın geleceğe veya geçmişe doğru akıp akmadığı konusu fiziğin en tartışmalı konulardan biridir. Ancak dünyadaki zamanın bir yönü var gibi görünür ve bu yön zaman oku ile ifade edilir. Bilimin çözümlenmemiş en büyük sorulardan biri, zamanın geri dönüşümsüz gibi olmasının sebebidir.
Açıklamalardan birisi, termodinamik yasalarıdır. Termodinamiğin ikinci kanunu, kapalı bir sistem içerisinde, sistemin entropisinin sabit kaldığını veya arttığını söyler. Evren kapalı bir sistem olarak kabul edilirse, evrenin entropisi (bir sistemdeki düzensizlik derecesi) hiçbir zaman azalamaz. Genç evren daha düzenliydi, yaşlandıkça giderek entropisi artıyor. Yani evren, daha önce bulunduğu bir noktaya, tam olarak aynı duruma geri dönemez. Bu durumda zaman geriye doğru hareket etmez denebilir.

Zamanın Sonu

Bilimsel olgulara dayanan kabullere karşın zamanın bir yanılsama olduğunu söyleyen pek çok fizikçi var.
İngiliz fizikçi Julian Barbour, 1999 yılında yayınladığı Zamanın Sonu (The End of Time) isimli kitabı ile zaman diye bir şey olmadığını iddia eder. Zamansız fizik üzerine çalışmalar yürütür. Fizik denklemlerindeki zaman değişkenini gereksiz hale getirecek birçok düzenleme öne sürer.
Zaman kavramının evrenin bir şekli ile diğer bir şekli arasındaki farktan geldiğini iddia eder. Zaman ya da hareket kavramlarının bizim "şekiller arasındaki farkı" algılamamızı kolaylaştıran kavramlar olduğunu ve mesafe ya da zaman yerine açıların evrenin temel bazını oluşturduğunu savunur.
Barbour zamanı tanımlarken şu ifadeleri kullanır: “Sürekli değişen ardışık görüntüler, ardışık fotoğraflardır. Görüntüler arasındaki bu farklılık, her bir anın kendi içinde, eksiksiz ve bütün olarak var olduğu bir zaman yanılsaması yaratır. Eşyaların pozisyonlarını değiştirme ölçüsünden başka bir şey değildir zaman.”

Fizikçi Max Tegmark ise şöyle söyler, “Geçmiş denen kavramın zaten gerçekleştiği, geleceğin henüz mevcut olmadığı ve olayların değişiyor olduğu şeklinde bir yanılsamaya sahibiz. Oysa benim farkında olduğum tek şey, beynimin şu andaki durumu. Bir geçmişim varmış gibi hissetmemin sebebi, beynimin anılar barındırması.”
Barbour’a göre değişim gerçek ancak zaman gerçek değil. Zaman sadece değişimin bir yansımasıdır. Beyinlerimiz, bu değişimler sebebiyle sanki akıyormuş gibi bir zaman algısı üretiyor.

Nihayetinde objektif olarak “zaman var” veya “zaman yok” demek zormuş gibi görünüyor. Fakat bilimsel kavrayışlar çerçevesinde şunlar rahatlıkla söylenebilir; zaman esner, büzülür, durur veya sonsuza ıraksayabilir. Yakın zamana kadar bu kabuller, Einstein'a ait teorilerdi, artık deneylerle zamanın esnek olduğu ispatlanmıştır. Henüz bilmediğimiz birçok etken bile zamanın akışına etki ediyordur belki. Yani sizin için, benim için veya aynı evi paylaştığınız diğer fertler için zaman farklı şekillerde akıyor olabilir. Herkes için farklı bir zaman akış hızı var belki de. Ancak elbette hepimiz referans aldığımız saatlerimizin zamanlarına göre yaşıyoruz.
Zamanın tanımı hakkında bir uzlaşma yokmuş gibi görünse de ölçülmesi konusunda anlaşmazlık yoktur.

Fizikte Zaman Nedir?

Fizikçiler zamanı, geçmişten bugüne geleceğin ilerleyişi şeklinde tanımlarlar; içinde olduğumuz üç boyutlu uzayda, olayları tanımlamak için kullanılan gerçekliğin dördüncü ve soyut olan boyutu olarak kabul edilir. Temel olarak, bir sistemde değişme olmuyorsa, zamanda yoktur, zamansızdır. Zaman görebildiğimiz, dokunabildiğimiz veya tadabildiğimiz bir şey değil, ancak çeşitli sistemler geliştirerek akışını ölçebiliyoruz, fizikte en hassas ölçülebilen niceliklerden biridir zaman.

Zaman Gerçek Midir Bir Yanılsama Mıdır?

Zaman hakkında objektif olarak var veya yok demek zor; zaman kavramı hakkında bilim insanları arasında bir uzlaşma yok gibi görünüyor. Fakat bilimsel kavrayışlar çerçevesinde şunlar rahatlıkla söylenebilir; zaman esner, büzülür, durur veya sonsuza ıraksayabilir. Einstein'a ait olan bu fikirler, yakın zamana kadar sadece teorilerdi, zamanın esnek olduğu artık deneylerle ispatlanmıştır.



Zaman Göreceli Midir?

Zaman göreceli bir kavramdır ama bu görelilik fizik yasalarını etkilemez. Fizik yasaları sahip oldukları simetri sayesinde her koşulda geçerliliğini muhafaza eder. Kim bilir modern fizik zaman kavramını daha ayrıntılı bir şekilde anlayabilirse, birçok bilim adamının ve bilim-kurgu yapımcısının fantezisi olan geleceğe ve geçmişe yolculuk rutin yapılan işlerden birisi olabilir.

Fizikte zaman kavramı hakkında yüzlerce teori ortaya atılmıştır. Bunun üzerine birçok fizik kitapları yazılmıştır. Bunların en güzellerinden birisini tavsiye edecek olursak Richard A. Muller’in yazdığı “ŞİMDİ” kitabıdır.

Fizikte zaman hakkında çokça fikir var ama bunların arasında en ilginç olanı “şimdi” kavramıdır.

Şimdi kavramını kimisi direkt “şuan” olarak tanımlar. Yani düz bir yolda bir arabanın sabit bir hızla ilerlemesi durumunda arabayı anlık olarak ışık hızı baz alınarak durmuş halde sayarsak, işte o an “şimdi” kavramının karşılığıdır.

Veya ışık hızına göre düşünen de vardır. Eğer ışık hızını baz alırsak ve ışık hızında gittiğimizi varsayarsak, zaman hep şimdide kalır. Aslında bunlardan hiçbiri. Evet herkesin kafasında soru işareti olan bu kavram diğer her şey baz alındığında aslında şöyle tanımlanabilir: Zaman bir yoldur. Eni ve boyu olmayan bir yoldur. Yani zamanın belli bir boyutu yoktur.

İnsanlara göre başka, öte gezgendekilere göre başka, hatta metafiziksel canlılara göre de başkadır. Bilindiği üzere zaman kavramı evren var olunca oluştu. Zaman kavramına muhatap olan her canlı aslında düz bir yolda sadece ileri yönde giderek evrenin sonuna hareket etmektedir. Zamanda geri gidilebileceğini savunanlar gidilemeyeceğini savunanlardan daha az delillere sahip değiller ancak zamanda geri gitmek, zamanı altüst etmek ve onu resmen yok etmek olacağından madde, hareket ve kütle denilen şeyin olmaması lazımdır ki zaman kavramı aşılsın.



O zaman da zamanda ileri ya da geri gitme diye bir şey kalmaz çünkü zaman mefhumu ortadan kalkmış olur. Dediğimiz gibi zaman evrenle birlikte yaratıldı. Bu mantık üzerinde düşünürsek gelecek, şimdi ve geçmiş kavramları görecelidir. Yoktur denilmesi şuan ki fizik yasalarına karşı çıkmak olur. Ama bir varsayım dersek o zaman çok daha mantıklı olacaktır. Biz “şu olay 1 dk önce geçmişte kaldı” derken aslında beynimiz zaman kavramını izah edemediği için buna kendine göre bir kılıf biçiyor. Bunu da eklediğimizde zamanda aslında ileri, geri kavramlarından ziyade zaman aslında nedir sorusunun cevabını verip bu cevabı da zor olsa da kabul etmemiz ve hayatımıza uygulamamız lazım. Bu en rasyonel olan seçenek. Bunu insanoğlu şuan ki yapısıyla yapamaz, kabullenemez.

Zamanın dini konularda da bahsi geçmesi bize biraz daha yardım ediyor. Örneğin Kuranda zaman üzerine yemin edilirken, hadislerde de zamanın evrenin sonu geldiğinde (kıyamet kopunca) bir koç gibi kesilip yok edileceği ve artık ebediliğin ve ölümsüzlüğün başlayacağı söyleniyor. Bu sebeple zamanın her anı aynı anda yaşanamaz. Çünkü her yerde farklı gözlemler yapılmalıdır. Bir yolda hem ileri hem geri yürüyemezsiniz. Şimdi bu yolla düşünürsek ışık hızı zaman kavramının odak noktası mıdır? Einstein’in zaman hakkında ki teorisini bu fikirle daha net irdeleyebiliriz.

Peki ışık hızında her şey duruyorsa zaman da mı durur? O zaman ışıktan hızlı hareket ettiği ileri sürülen “Takyonlar” zaman kavramını delip geçmişler midir? Ya da evrenle birlikte var olan zaman, evren ışık hızından çok daha hızlı bir şekilde genişlerken nereye kaybolmuştur? Işık hızından hızlı genişleyen evren için zaman kavramı söz konusu değilken, evrenin içinde ki her şey için zaman kavramının olması akılda soru işaretleri doğuruyor? Yani zaman hala tam olarak çözülebilmiş bir mevzu değildir.
Bu konudaki genel konjonktür zaten biliniyor. Zaman kavramının bu değişken özelliklerini bir regresyon analizi ile birleşik kümeler altında toplayıp mantıksal olarak hayali veya rasyonel bir tanım yapılmalıdır. Tarih boyunca kümülatif bilgiler ışığında bilim gelişiyorsa o zaman bizim deyişimizle “gelecekte” daha net sonuçlar alınacaktır. Zaman kavramının hiçbir zaman kompleks oluşundan ödün vermeyeceğini düşünenlerdenim. Yani zaman kavramı her zaman sofistike özelliğini koruyacaktır.

Mesela elektriği bulunca bir gariplik görmedik. Elektrik hala bildiğimiz elektriktir. Ama atomlar için aynı şeyi söyleyemeyiz çünkü atom altı parçacıklardan tutun da elektronların Young deneyinde ki gibi iki yüzlü bir tavır sergilemesine kadar birçok garip ve çözülemeyen bulmacaları var. Young deneyinde ki her bir elektron için zaman nasıl işler? Yoksa yarıktan geçerken hayali olarak ayrılmış gibi mi görünüyorlar? Bunlar halen günümüz fizik dünyasının üzerinde kafa yorduğu ve net bir cevabı bulunmayan konular. Zaman kavramı yani ‘Şimdi’ nin gizemi ise hala çözülemedi.









Alıntı