İlk yazımızda genel olarak zaman kavramından ve onun bazı özelliklerinden bahsedip üzerlerinde biraz mülahaza ettik. Şimdiki yazımızda ise zamana biraz daha fiziksel pencereden yaklaşacağız.
Zaman kavramı hakkında ilk düşünceler ilk yazımızda da bahsettiğimiz üzere çok öncesinden başlamış olsa da bilimsel olarak bu kavramın ele alınışı 16. yüzyıla kadar uzanıyor. İlk olarak İtalyan fizikçi Galileo Galilei’nin birtakım çalışmaları bulunmakta. Fakat daha ciddi ve önemli çalışmalar asıl 17. yüzyılda Isaac Barrow ve onun halefi, şüphesiz Fizik tarihinin en önemli iki isminden biri olan Isaac Newton’a ait.
Newton’un liderliğinde klasik fiziğin babaları olan bu isimler zamanı temel bir skaler büyüklük olarak ele alıyorlardı. Zaman onların düşüncesine göre mutlak ve evrensel bir sabitti. Algılanamayan fakat ölçülebilen, sadece matematiksel olarak anlaşılabilecek bir kavramdı ve bütün insanlar için aynı şekilde akardı. Mutlak zaman ve uzay, gerçekliğin tamamen birbirlerinden farklı ve bağımsız iki kısmıydı.
Isaac Newton’ın bilim tarihinde bu kadar önemli bir yerinin olmasının sebebi, insanların hayatlarında tecrübe edindikleri kuvvet, hareket gibi önemli bazı gerçeklikleri matematiksel bir dille son derecede başarılı bir şekilde toplayıp insanlığa sunmasıdır. Newton’ın fiziği de insanların günlük hayatta tecrübe edindikleri fiziksel gerçeklikleri gayet başarıyla açıklamaktadır. Keza bu, Newton’ın zaman açıklaması için de geçerlidir. Dünyadaki her insan için zamanın algılanışı bu şekildedir. Fakat sonrasında bu açıklamanın tüm evreni kapsamasının mümkün olamayacağı görülecektir.
EİNSTEİN’İN DÜNYAYI SARSAN MAKALESİ: İZAFİYET TEORİSİ
Newton’ın bu basit ve sıkıcı zaman açıklaması iki yüzyıl daha kabul görüldü. Gayet basit ve makul bir düşünce bulunuyordu ve tartışılacak herhangi bir şey yoktu. Ta ki fiziğin diğer büyük üstadı Albert Einstein 1905 yılında yayınladığı makalelerle dünyayı sarsana kadar.
İşte şu an geldiğimiz nokta sadece incelediğimiz konunun heyecanlaşmaya başladığı değil, aslında tüm fizik ve bilim dünyasının kaderini değiştirmiş olan bir devir.
Einstein, kendinden önce hâkim olan düşünceye tamamen zıt bir yaklaşım ortaya attı. Zaman mutlak ve evrensel bir sabit değildi, izafiydi. Herkes için zaman farklı akıyordu. Newton’ın düşündüğü gibi uzay-zaman düz ve değişmeyen bir olgu değildi, aksine Einstein’a göre uzay-zaman kütle çekimi ve hıza bağlı olarak değişiyordu ve gayet dinamikti.
Einstein, zamanın mutlak olduğu anlayışını yerle bir etti, özel görelilik ile zamanın boyutsal bir kavram olduğunu, genel görelilik ile de uzay-zamanın dinamik bir şekilde eğilip bükülebildiğini fizik dünyasına anlattı. Onun fizik dünyasında bir devrim niteliğinde olan bu fikirlerinin bilim insanları tarafından algılanıp kabul edilmesi yılları aldı. Bu kuramlara inanmakta bir hayli zorlanan o kadar insan vardı ki hak etmiş olduğu Nobel ödülü bile yıllar boyunca ertelendi, hatta ödülü de bu görelilik kuramlarından dolayı değil farklı bir çalışması kaynak gösterilerek verildi. Başlarda algılanması çok güç olduğu için kabul edilmese bile zaman geçtikçe laboratuvar ortamında da teorinin ispatlanmasıyla hak ettiği itibarı sonunda alabildi.
ZAMAN GENİŞLİYOR
Peki, Einstein izafiyet teorisiyle bize ne anlatıyor? Öncelikle zaman, ışık hızının değişken olmadığı ve geçilemeyeceği göz önüne alındığında evrenin tamamlayıcı bir parçasıdır ve evrenden ayrılamaz. Einstein hem zaman hem de uzayın buna uygun olarak davranması gerektiğini fark etti.
Ardından Einstein literatüre “zaman genişlemesi” kavramını soktu. Farklı hızlarda ilerleyen farklı gözlemciler için zamanın farklı aktığını ileri sürdü. Yani farklı işlemlere tabi tutulan iki saatin aynı zamanı göstermesi şart değildir. Peki, zaman genişlemesi nasıl çalışır biraz onu inceleyelim.
Dünya içinde bu zaman genişlemesi tamamen ihmal edilebilirdir çünkü dünyadaki hızlar ışık hızına kıyasla çok düşüktür. Dolayısıyla bu etki görülmez. Önceden dediğimiz gibi gündelik hayatta Newton fiziği kullanılabilir. Ancak rölativistik hızlar dediğimiz ışık hızına yakın hızlarda bu etki gerçekten gözlemlenebilir.
Mesela ışık hızının %80’i hızda ilerleyen bir uzay gemisi düşünelim. Teorik olarak bu geminin içindeki astronota zaman daha yavaş akar. Yani iki ikizden biri Dünya’da beklese, diğeri de bu hızda kendisine göre 6 yıl sürecek olan bir yolculuğa çıkmış olsa uzaydaki ikiz 6 yıl yaşlanmış olurken Dünya’daki ikiz 10 yıl kadar yaşlanmış olur.
Bu örnekte de aslında meşhur İkizler Paradoksu ortaya çıkar. Önceden de söylediğimiz üzere daha yüksek hızlarda giden bir nesne için zaman daha yavaş akar. Fakat klasik fizikte hız her zaman bir referans noktası alınarak (-e göre) belirtilir. O halde üstteki örnekte referans olarak hangi nokta alınacaktır sorusu akla gelmektedir. Eğer Dünya’yı referans alırsak uzay gemisi ile gidenin rölativistik hızlarda gittiğini söyleyip onun etrafında zamanın daha yavaş aktığını söylememiz gerekir ki biz de yukarıda bu şekilde anlattık. Fakat uzay gemisini referans alıp da Dünya’nın rölativistik hızlarda ters yönde hareket ettiğini söylemek de mümkündür. Bu halde de Dünya’daki ikizin daha genç kalması gerekmektedir.
Bu paradoks ise Mach Prensibi ile açıklanabilir. Bu ilkeye göre uzay gemisi evrenin geneli dikkate alındığında rölativistik bir hızda evrenden uzaklaşırken Dünya bunu gerçekleştirmez. Bu nedenle rölativistik zaman genişlemesine de uzay gemisi maruz kalacaktır.
Işık hızı(yaklaşık 300.000 km/s) evrenin hız limitidir ve geçilmesi mümkün değildir. Dolayısıyla rölativistik hızlarda gerçekleşen zaman yavaşlaması bir nevi bu kozmik hız limitini koruma vazifesini üstlenir. Işık hızına yaklaşıldıkça zaman durma noktasına gelecek kadar yavaşlar. 100.000 ışık yılı uzaklıktaki bir yıldıza bu hızlarda yaklaşık olarak 100.000 yılda gidilir. Fakat bu kadar yüksek hızlarda gidildiğinde zaman durma noktasına gelecek kadar yavaşladığından seyahat eden için bu süre aslında hiç geçmemiş gibi olacaktır. İşte burada da zamanda yolculuk düşüncesi ortaya çıkmaktadır. Bu konuyu çok daha detaylı olarak bir sonraki yazımızda işleyeceğiz.
İkizler Paradoksu’ndan ve hıza bağlı zaman genişlemesinden bahsettikten sonra Einstein’ın 1915 yılında yayınlanan Genel Görelilik Kuramı’ndan kaynaklanan kütleçekimsel zaman genişlemesinden de biraz bahsedelim. Bu zaman genişlemesi, kütle çekiminin yoğun olduğu yerlerde görülmektedir. Kara delikler gibi inanılmaz yoğunlukta bir kütle çekimine maruz kalındığında zaman daha yavaş akmaktadır. Örnek verecek olursak Interstellar filminde bu olay görülmektedir. Interstellar filminin danışmanlığında önemli bir fizikçi olan Kip Thorne bulunduğundan dolayı filmde gerçekleşen birçok olay aslında fiziksel olarak da mümkündür. Filmdeki astronotlar kara delik Gargantua’nın kütleçekimsel etkilerinden dolayı onlarca yıl kaybetmektedirler. Kara deliklerin de merkezlerinde oluşan tekillikten dolayı zamanla ilgili birtakım bağlantıları olduğuna dair teoriler de mevcuttur.
Kütleçekimsel zaman genişlemesinin hayatımızdaki kullanımlarından biri de GPS’tir. Dünya yüzeyi ile GPS uydularının bulunduğu yerdeki kütle çekimi farkından dolayı kaynaklanan zaman farkının hesaplanması, konum bilgilerinin doğruluğu ve uygulanabilirliği için hayati bir değere sahiptir.
Her ne kadar zaman kavramını algılayışımız geçen yıllarla birlikte gittikçe gelişse de hâlâ bilmediğimiz birçok şey bulunuyor. Şu an fizik camiasında pek kabul görülmese de zamanın aslında mutlak, zamanı ölçme yolumuzun ise izafi olabileceğine dair de görüşler bulunuyor. Amerikan filozof William Lane Craig de bu konu hakkında zamanın gerçekliği ile zamanın ölçümü arasında kesin bir ayrım yapılmasına ihtiyaç duyulabileceğini belirtiyor.
Konumuza burada bir virgül koyalım. Bir sonraki yazımızda ise vitesi biraz daha artırıp “zamanda yolculuk” ve bilimsel olarak ortaya atılmış olan bazı “zaman makinesi” fikirlerini yakından inceleyeceğiz. Bir sonraki yazıda görüşmek üzere…
Yusuf Taşkıran / Sınırsız Bilim
