Tüm yazılar

fizik

Zaman Gerçekten Akıyor mu?

Fizikteki blok evren fikrine göre geçmiş, şimdi ve gelecek aynı anda var; zamanın dışından bakan biri evrenin başlangıcını ve sonunu tek bakışta görürdü. Peki böyle bir bakış mümkün mü?

sc0x01 · 8 dk okuma · güncellendi
Yeşil tonlu fotoğraf; gece gökyüzünde uzun pozlamayla iz bırakan yıldızların çizdiği iç içe halkalar, altta bir gözlemevinin kubbesi ve dağ silueti; solda büyük harflerle Blok Evren yazısı

Mart 1955’te Michele Besso öldü. Besso, Albert Einstein’ın gençlik yıllarından beri en yakın arkadaşıydı. İkisi aynı patent bürosunda çalışmış, Einstein 1905’te yayımladığı görelilik makalesinin sonunda ona teşekkür etmişti. Einstein, Besso’nun ailesine bir taziye mektubu gönderdi. Mektupta, arkadaşının bu tuhaf dünyadan kendisinden biraz önce ayrıldığını, bunun bir şey ifade etmediğini yazdı ve şöyle devam etti: Fiziğe inanan bizim gibiler için geçmiş, şimdi ve gelecek arasındaki ayrım, inatçı bir yanılsamadan ibarettir. Bir ay sonra Einstein da öldü.

Bu cümle yetmiş yıldır bir soruyu canlı tutuyor: Zaman gerçekten akıyor mu, yoksa geçmiş, şimdi ve gelecek bir arada duran tek bir bütün mü? Eğer bütünse, onun dışından bakan biri evrenin başlangıcını da sonunu da tek bakışta görebilirdi.

Bu yazıda 7 bölüm
  1. Düzülke’deki kare
  2. Zaman bir boyut olunca
  3. “Şimdi” kimin şimdisi?
  4. Blok evren
  5. Her şeyi tek bakışta görmek
  6. Zaman dolanıklıktan mı doğuyor?
  7. Bilmediklerimiz

Düzülke’deki kare

1884’te İngiliz öğretmen Edwin A. Abbott, Türkçede Düzülke adıyla bilinen kısa bir roman yayımladı. Anlatıcı, iki boyutlu bir dünyada yaşayan bir kare. Bu dünyada yukarı ve aşağı yok, yalnız ileri-geri ve sağa-sola var. Bir gün kareyi üç boyutlu bir küre ziyaret eder.

El çizimi: kesik bir yatay çizgi ve onu kesen üç daire; soldaki daire çizgiyi tam ortasından, sağdakiler giderek daha az kesiyor; dairelerin üstünde İngilizce el yazısı açıklamalar
Şekil 1 Abbott’un 1884 baskısındaki kendi çizimi: Küre düzlemden yükseldikçe düzlemdeki kesiti küçülür ve sonunda kaybolur. Sağdaki “My eye” (gözüm), düzlemin içinden bakan karenin gözü. Görsel: E. A. Abbott, Flatland, 1884; kamu malı (Wikimedia Commons).

Kare küreyi göremez. Yalnız kürenin kendi düzlemini kestiği yeri görür. Küre düzlemden geçerken kare önce bir nokta görür, nokta büyüyerek daireye dönüşür, sonra daire küçülür ve kaybolur. Kare için bu, zamana yayılmış bir olaydır: Bir şey doğar, büyür ve yok olur. Küre içinse ortada tek bir cisim vardır, baştan sona bütün.

Üstte yandan bakış: küre düzlemi kesiyorAltta düz dünyada görünen kesit
  1. Nokta
  2. Büyüyen daire
  3. En büyük daire
  4. Küçülen daire
  5. Nokta, sonra hiç
Şekil 2 Üç boyutlu bir küre, iki boyutlu bir dünyadan geçiyor. Düz dünyanın içindeki kare, aynı cismi zamana yayılmış bir olay gibi görür.

Abbott’un benzetmesi bugün de kullanılıyor. Biz de dört boyutlu bir şeyi dilim dilim yaşıyor olabiliriz. Her an bir dilim; bir insanın hayatı ise bu dilimlerin üst üste binmesiyle oluşan uzun bir iz. Romanın sonunda kare, üçüncü boyutu kabul ettikten sonra bir adım ileri gidip dördüncü boyutu sorar. Küre bunu saçma bulur ve kareyi düz dünyasına geri gönderir.

Zaman bir boyut olunca

1905’te Einstein, özel görelilik kuramını yayımladı. Kuramın en tuhaf sonucu, zamanın herkes için aynı işlemediğiydi. Üç yıl sonra, 21 Eylül 1908’de, Hermann Minkowski bir bilim toplantısında kuramı yeni bir dille anlattı. Konuşmasının ünlü cümlesine göre bundan sonra tek başına uzay ve tek başına zaman gölgeye dönüşüp kaybolacak, gerçek olarak ikisinin bir tür birliği kalacaktı. Bu birliğin adı uzay-zaman. Yedi yıl sonra, 1915’te, Einstein kütleçekimi de uzay-zamanın eğilmesi olarak açıklayacaktı.

Uzay-zamanda her olay dört sayıyla yazılır: üçü nerede olduğunu, biri ne zaman olduğunu söyler. Bir insanın doğumundan ölümüne kadar izlediği yol, bu dört boyutlu haritada uzun bir çizgidir. Fizikçiler buna “dünya çizgisi” der.

Burada bir düzeltme gerekiyor. Gündelik dilde “dördüncü boyuttaki varlık” denince zamanın dışındaki biri akla gelir. Oysa fizikte dördüncü boyut çoğu zaman zamanın kendisidir. Hikâyelerdeki “bütün zamanı gören varlık” ya fazladan bir boyuta sahip biridir ya da uzay-zamanın tamamına dışarıdan bakabilen biri. İkisi de fiziğin bugün tarif edebildiği bir şey değil. Ama soruyu ilginç kılan da bu.

“Şimdi” kimin şimdisi?

Görelilikte zamanla ilgili en şaşırtıcı sonuç saatlerin yavaşlaması değil, “aynı anda” kavramının herkes için geçerli olmaması. Birbirine göre hareket eden iki gözlemci, uzaktaki iki olaydan hangisinin önce olduğunda anlaşamayabilir. İkisi de haklıdır.

Fizikçi Roger Penrose bunu 1989’da yayımlanan bir kitabında akılda kalan bir örnekle anlattı. Sokakta iki kişi birbirinin yanından geçiyor. Biri Andromeda Galaksisi’ne doğru, öbürü ters yöne yürüyor. Andromeda o kadar uzak ki iki yürüyüşçünün “şu an” saydığı Andromeda olayları arasında saatler, hatta günler fark eder. Penrose’un örneğinde birinin “şimdi”sinde Andromeda’dan Dünya’ya doğru bir filo çoktan yola çıkmıştır, öbürünün “şimdi”sinde ise yola çıkma kararı daha verilmemiştir.

Bu farkı kimse göremez, çünkü Andromeda’nın ışığı bize 2,5 milyon yılda ulaşıyor. Ama mantık sorusu ortada kalıyor. Wim Rietdijk 1966’da, filozof Hilary Putnam 1967’de benzer bir akıl yürütmeyle şu sonuca vardı: Benim için henüz gelecek olan bir olay, yanımdan geçen biri için şimdiyse, o gelecek zaten gerçek olmalı.

Saatlerin farklı işlemesi ise varsayım değil, ölçüm. 1971’de Joseph Hafele ve Richard Keating dört atom saatini yolcu uçaklarıyla dünyanın çevresinde önce doğuya, sonra batıya uçurdu. Batı yolculuğundan dönen saatler yerdekilerden 273 nanosaniye ileri çıktı. Kuramın öngörüsü 275’ti. GPS uydularındaki saatler de yerdeki saatlerden günde yaklaşık 38 mikrosaniye hızlı işliyor. Bu düzeltme yapılmasa konum hatası günde yaklaşık 10 kilometre birikirdi.

273nanosaniye
1971: batıya uçan atom saatlerinin kazandığı süre
38mikrosaniye
GPS uydu saatlerinin günlük ileri gitmesi
10kilometre
Düzeltme olmasa günde birikecek konum hatası
Şekil 3 Zamanın herkes için aynı akmadığını gösteren ölçümler. Bu ölçümler göreliliği doğruluyor, blok evrenin kendisini değil.

Blok evren

Bu akıl yürütmenin vardığı yerin adı blok evren ya da ebedicilik. Bu görüşe göre evren, içinde bütün anların durduğu dört boyutlu bir blok. Dinozorların yaşadığı an, bu satırları okuduğunuz an ve bin yıl sonrası aynı derecede gerçek. “Şimdi” ise “burada” kelimesi gibi, söyleyenin nerede durduğunu gösterir.

Matematikçi Hermann Weyl 1949’da bunu şöyle anlattı: Nesnel dünya yalnızca vardır, olmaz. Dünyanın bir kesiti ancak bedenimin dünya çizgisi boyunca ilerleyen bilincimin bakışında canlanır ve uzayda sürekli değişen bir görüntü hâline gelir.

Karşı görüşler de var. Şimdicilik görüşüne göre yalnız şimdi gerçektir. Geçmiş artık, gelecek henüz yoktur. Ancak bu görüş, bütün evren için geçerli tek bir “şimdi” gerektirdiğinden göreliliğe uymakta zorlanıyor. Büyüyen blok görüşüne göre geçmiş ve şimdi gerçektir, blok her an biraz daha büyür, gelecek ise henüz yazılmamıştır.

Edebiyatın blok evreni en iyi anlatan örneği, Kurt Vonnegut’un 1969 tarihli romanı Mezbaha No. 5. Vonnegut, İkinci Dünya Savaşı’nda esir düşmüş, Dresden bombardımanından bir mezbahanın bodrumunda kurtulmuştu. Romandaki Tralfamadorlu uzaylılar bütün anları aynı anda görür. Onlar için ölen biri yalnızca ölmüş gibi görünür; başka anlarda hâlâ yaşamaktadır. Romanda her ölümden sonra gelen “So it goes” (“İşte böyle”) sözü, kitap boyunca 106 kez tekrarlanıyor.

Her şeyi tek bakışta görmek

Bilimkurgu bu fikri sık kullanıyor. Ted Chiang’ın 1998 tarihli öyküsü Story of Your Life ve ondan uyarlanan 2016 yapımı Geliş filminde dünyaya gelen yaratıklar cümlelerini sırayla değil, tek seferde bütün olarak yazar. Dillerini öğrenen dilbilimci Louise da zamanı sırayla algılamayı bırakır ve henüz doğmamış kızını görür.

Yıldızlararası (2014) filminin sonunda astronot Cooper, “tesseract” denen bir yapının içine düşer. Kızının odasını farklı yıllardan aynı anda, yan yana görür. Filmin bilim danışmanı, kara delikler ve kütleçekim dalgaları üzerine çalışan, 2017 Nobel Fizik Ödülü sahibi Kip Thorne’du. Thorne’un kitabında anlattığına göre, yönetmen Christopher Nolan’ın fikri, bu yapıyı kuranların uzak gelecekte fazladan bir uzay boyutu kazanmış insanlar olmasıydı. Yani filmde bile zamanı bir yer gibi görebilmek için fazladan bir boyut gerekiyor. Zaman ortadan kalkmıyor, yalnız dışarıdan görülebiliyor.

Fizikçi Carlo Rovelli ise blok resmine başka bir yerden itiraz ediyor. Ona göre dört boyutlu evreni durağan bir blok gibi düşünmek, gizlice ikinci bir zaman hayal etmek demek: Bloğun içinde “durduğu” dış bir zaman. Oysa böyle bir dış zaman yok.

Bu itiraz, “bütün zamanı tek bakışta gören varlık” fikrine de dokunuyor. Bakmak, görmek, anlamak birer olaydır ve olaylar zaman ister. Her şeyi aynı anda görmek için bile bir “an” gerekir. Zamanın dışındaki bir göz, kendine ait ikinci bir zamana ihtiyaç duyar.

Zaman dolanıklıktan mı doğuyor?

Son yıllarda “zaman bir yanılsama olabilir” başlıklı haberlerin kaynağı genellikle başka bir fikir. 1967’de fizikçi Bryce DeWitt, kuantum kuramını evrenin tamamına uygulayan bir denklem yayımladı. Bu denklemde evrenin bütünü zaman içinde değişmiyor. Fizikçiler buna “zaman sorunu” diyor.

1983’te Don Page ve William Wootters “Evrimsiz evrim” adlı makalelerinde bir çözüm önerdi. Evrenin bütünü durağan olabilir. Ama evren bir “saat” ile geri kalan her şey olarak ikiye ayrılırsa, ikisi arasındaki dolanıklık sayesinde geri kalan her şey saate göre değişiyor görünür. Dolanıklık, iki parçanın birbirinden bağımsız tarif edilemeyecek biçimde bağlı olması demek. Bu fikirde zaman, parçalar arasındaki bir ilişki.

Bu, yazının başındaki fikrin tam tersi. Evrenin dışından bakan biri bütün zamanı görmez. Hiçbir şeyin olmadığı, donmuş bir bütün görür. Zaman yalnız içeridekiler için akar.

2014’te İtalya’daki bir ekip bunu iki dolanık fotonla küçük bir deneyde gösterdi. Fotonlardan biri saat oldu. Saat fotonuna bakan “içerideki” gözlemci, öbür fotonun değiştiğini gördü. İki fotonu bir bütün olarak ölçen “dışarıdaki” gözlemci ise hiçbir şeyin değişmediğini doğruladı. 2024’te yine İtalya’dan bir ekip, küçük mıknatıslardan oluşan bir saatle titreşen bir sistemi modelledi ve saat yeterince büyük olduğunda klasik fizikteki bildiğimiz zamanın ortaya çıktığını gösterdi. Haberlerdeki “zaman bir yanılsama” başlıkları bu teorik çalışmadan çıktı. Çalışma bir kanıt değil. Kuramın, deneyle sınanabilecek yeni bir öngörüsü henüz yok.

  1. 1884DüzülkeKare, küreyi daire sanır
  2. 1908MinkowskiUzay ve zaman birleşir
  3. 1955Einstein’ın mektubuGeçmiş, şimdi, gelecek: bir yanılsama
  4. 1966Rietdijk ve Putnam1966–67: Gelecek zaten gerçek olmalı
  5. 1969Mezbaha No. 5Bütün anları gören uzaylılar
  6. 1983Page–WoottersZaman, parçalar arasındaki ilişki
  7. 2014İki fotonİçeriden değişim, dışarıdan durgunluk
  8. 2024Mıknatıs saat“Zaman yanılsama mı?” haberleri
Şekil 4 Bir fikrin kısa tarihi: bilim ve kurgu aynı soru etrafında.

Bilmediklerimiz

Blok evren bir yorum. Rovelli ve sinirbilimci Dean Buonomano’nun ortak makalesine göre deneyle sınanabilecek bir öngörüsü yok. Rovelli de “şimdi”nin evrenin her yerinde geçerli olmadığını kabul ediyor, ama evrenin durağan bir blok değil, bir olaylar ağı olduğunu savunuyor.

Neden geçmişi hatırlayıp geleceği hatırlamadığımız da ayrı bir soru. Fiziğin temel yasaları çoğunlukla iki yöne de aynı işler. Farkı düzensizliğin, yani entropinin artması yaratıyor. Evren çok düzenli bir başlangıçtan yola çıktı, düzensizlik o günden beri artıyor. Kırılan bardağın kendiliğinden toplanmaması bundan.

Asıl düğüm ise kuantum kuramıyla genel göreliliği birleştiren bir kuantum kütleçekim kuramının henüz olmaması. Zamanın ne olduğu sorusu en çok orada önemli.

Einstein’ın cümlesi bir fizik makalesinde değil, bir taziye mektubunda geçiyor. Bunu bir teselli olarak mı, bir kanaat olarak mı yazdığını bilmiyoruz. Düzülke’deki kare ise üçüncü boyutu görür görmez bir sonrakini sormuştu. Bütün zamanı tek bakışta göremesek de aynı soruyu sorabiliyoruz.

Kaynaklar

Paylaş WhatsApp X

Diğer yazılar