Zaman, fiziğin en eski ve en derin problemlerinden biri. Üstelik üzerinde tam anlamıyla uzlaşılmış bir tanımı da yok. Günlük yaşamda zamanın, bir saatin tik takları eşliğinde sakin biçimde ileriye doğru aktığını düşünürüz. Ancak fiziğin derinliklerine indiğimizde işler karmaşıklaşır. Çünkü bazı fizik denklemleri zamanın ileriye olduğu kadar geriye de akabileceğini söyler. Kuantum dünyasında ise neden-sonuç ilişkisini ters yüz eden olaylarla karşılaşırız. Hatta bazı fizikçiler zamanın yalnızca bir illüzyon olabileceğini bile tartışıyor.
Zamanı bu kadar kafa karıştırıcı yapan şeylerden biri, onu farklı şekillerde tanımlıyor olmamızdır. Dahası, bu tanımlar her zaman birbiriyle uyumlu değildir.
İlk tanım, varlıkların zaman içinde nasıl değiştiğini anlatan fizik denklemlerinden gelir. Bir tenis topunun hareketinden atom çekirdeklerinin bozunmasına kadar pek çok olayı açıklayan denklemlerimiz vardır. Bu denklemlerde zaman, yalnızca matematiksel bir koordinat olarak yer alır. Yani belirli olaylara değer atadığımız bir parametredir.
İkinci tanım ise Einstein’ın görelilik teorilerinden gelir. Bu yaklaşımda zaman, uzayın üç boyutuna eklenen dördüncü bir boyuttur. Böylece “uzay-zaman” dediğimiz dört boyutlu yapı ortaya çıkar. Dahası, genel görelilik teorisinde zaman, kütle çekimiyle doğrudan bağlantılıdır. Çünkü kütle çekimi uzay-zamanın yapısını bükerek zamanın akışını etkiler.
Son yarım yüzyılda teorik fiziğin büyük bölümü, genel göreliliği kuantum mekaniğiyle birleştirmeye çalıştı. Bu amaçla geliştirilen matematiksel çerçevelere “kuantum kütle çekimi teorileri” deniyor. Ancak burada büyük bir sorun ortaya çıkıyor: Kuantum mekaniğinde zaman yalnızca bir parametre gibi davranırken, görelilikte zaman uzay-zamanın ayrılmaz bir boyutudur. İşte bu durum, fiziğin en önemli zaman problemlerinden biri olarak görülüyor.
KUANTUM KÜTLE ÇEKİMİNDE ZAMAN
Kuantum mekaniğini genel görelilikle uzlaştırmanın zorluğu, büyük ölçüde matematiksel yapılarının birbirine uymamasından kaynaklanıyor. Üstelik iki teori tamamen farklı ölçeklerde çalışıyor. Kuantum etkileri atom altı dünyada baskınken, kütle çekimi gezegenler ve galaksiler gibi dev ölçeklerde kendini gösteriyor. Bu yüzden her iki etkiyi aynı anda hassas biçimde ölçebilecek deneyler tasarlamak son derece güç.
Gerçekliğin kuantum tanımını, genel göreliliğin dört boyutlu uzay-zamanıyla birleştirmeye yönelik ilk ciddi girişimlerden biri, John Wheeler ve Bryce DeWitt tarafından 1967’de geliştirildi. Wheeler–DeWitt denklemi adı verilen bu yaklaşımda zaman tamamen ortadan kayboluyordu. Amaç, evrenin kuantum durumunu zamandan bağımsız biçimde tanımlamaktı.
Bu fikir, birçok fizikçiyi oldukça radikal bir düşünceye sürükledi: Ya zaman aslında gerçek değilse?
Peki zaman gerçekten bir illüzyon olabilir mi?
Bu soru bizi zamanın üçüncü önemli tanımına, yani termodinamiğe götürüyor. Termodinamik; sıcaklık, basınç ve enerji gibi makroskobik niceliklerle ilgilenir. Burada zaman ne bir koordinattır ne de bir boyut. Termodinamikte zaman, “geçmişten geleceğe doğru ilerleyen bir yön” olarak ortaya çıkar.
Bu yönü belirleyen şey ise entropidir. Entropi, kabaca düzensizliğin artışı anlamına gelir. Yokuş aşağı yuvarlanan bir top ya da evrenin genişledikçe daha düzensiz hâle gelmesi gibi olaylar hep zamanın ileri doğru aktığını düşündürür.
Temel fizik denklemlerinin çoğunda zamanın tersine akmasını engelleyen bir durum yoktur. Denklemler geçmiş ve gelecek arasında ayrım yapmaz. Buna rağmen biz günlük yaşamda geçmiş ile geleceğin açık biçimde farklı olduğunu deneyimleriz.
İşte bu durum da fiziğin ikinci büyük zaman problemini ortaya çıkaryor;
Eğer fizik denklemleri zamanın iki yönde de akmasına izin veriyorsa, neden gerçek hayatta yalnızca tek yönlü ve geri döndürülemez bir zaman hissi yaşıyoruz?
Bu sorunun yanıtı bizi kuantum dünyasının en garip fenomenlerinden birine götürüyor: kuantum dolanıklığı.
KUANTUM DOLANIKLIĞI
Elektronlar ve fotonlar gibi kuantum parçacıklarının konum, enerji, momentum veya spin gibi özellikleri ölçülene kadar kesin değildir. Bu parçacıklar aynı anda birden fazla olası durumda bulunabilir. Buna “kuantum süperpozisyonu” denir.
Örneğin bir elektron, ölçüm yapılmadan önce aynı anda iki farklı yönde dönüyormuş gibi görünebilir. Ancak ölçüm yaptığımız anda sistem olası durumlardan yalnızca birine “kilitlenir”.
İşler daha da ilginçleşir çünkü bir kuantum parçacığı başka bir parçacıkla etkileşime girdiğinde, bu belirsizlik ortak hâle gelebilir. İki parçacığın durumları birbirine bağlanır ve bunlar artık tek bir kuantum sistemi gibi davranır. Bu olaya “kuantum dolanıklığı” denir.
Dolanıklığın en şaşırtıcı yönü, parçacıklardan yalnızca birini ölçtüğümüzde diğerinin durumunun da anında belirlenmesidir. Aralarındaki mesafe ne kadar büyük olursa olsun bu ilişki devam eder.
Bugün fizikçiler, dolanıklığın doğada nadir görülen sıra dışı bir durum değil, evrenin temel özelliklerinden biri olduğunu düşünüyor.
1983 yılında Don Page ve William Wootters dikkat çekici bir fikir ortaya attılar. Onlara göre zaman, kuantum dolanıklığından doğuyor olabilirdi.
Hayali bir kuantum saati düşünelim. Bu saat, çevresiyle dolanık hâlde olsun. Saatin farklı zamanlardaki durumlarını ayrı ayrı düşünmek yerine, tüm sistemi tek bir kuantum durumu olarak ele alabiliriz. Saati ölçtüğümüzde yalnızca saatin durumunu değil, çevresinin durumunu da belirlemiş oluruz.
Bu bakış açısında evrenin tamamı aslında zamansız olabilir. Ancak evrenin içindeki gözlemciler, çevreleriyle olan ilişkileri sayesinde zamanı deneyimliyor olabilir.
Başka bir deyişle, “zamanın akışı” dediğimiz şey belki de evrenin temel yapısında değil, gözlemcilerin deneyiminde ortaya çıkan bir olgudur.
KUANTUM NEDENSELLİĞİ
Kuantum mekaniği, neden-sonuç ilişkisine dair alışılmış düşüncelerimizi de sarsıyor.
Normal koşullarda bir nedenin, sonucundan önce gelmesi gerekir. Örneğin A ve B adını verdiğimiz iki olay düşünelim. Klasik fizik açısından üç olasılık vardır:
- A olayı önce gerçekleşmiş ve B’yi tetiklemiştir.
- B olayı önce gerçekleşmiş ve A’yı tetiklemiştir.
- İki olay birbirinden çok uzaktadır ve aralarında nedensel bir ilişki yoktur.
Einstein’ın özel görelilik teorisine göre farklı hızlarda hareket eden gözlemciler, bazı olayların sırasını farklı algılayabilir. Ancak bu durum gerçek bir nedensellik ihlali yaratmaz.
Kuantum mekaniği işin içine girdiğinde ise olayların sırası bile süperpozisyon hâline gelebilir.
Yani hem A’nın önce gerçekleşip B’yi tetiklediği hem de B’nin önce gerçekleşip A’yı tetiklediği durumlar aynı anda var olabilir.
Bu noktada neden-sonuç ilişkisi bulanıklaşmaya başlar.
Genel görelilik ve kuantum mekaniğini birlikte düşündüğümüzde tablo daha da karmaşıklaşır. Örneğin farklı yüksekliklerde bulunan iki kuantum saati düşünelim. Genel göreliliğe göre kütle çekimi farkı nedeniyle bu saatler farklı hızlarda çalışacaktır.
Eğer saatler aynı anda kuantum süperpozisyonunda bulunuyorsa, hangisinin daha hızlı çalıştığını kesin olarak söylemek mümkün olmaz. Saatlerden biri ölçülene kadar olayların sırası da belirsiz kalır.
Bu durum son derece çarpıcı bir ihtimali gündeme getiriyor:
Eğer olayların hangi sırayla gerçekleştiğini belirleyemiyorsak, bazı olayların geçmişi etkileyebilmesi mümkün olabilir mi?
Bazı fizikçiler nedenselliğin asla bozulamayacağını savunurken, bazıları da “retro nedensellik” adı verilen fikri ciddiyetle araştırıyor. Bu görüşe göre gelecekteki olaylar geçmişteki olayları etkileyebilir.
Hatta bazı teorisyenler, kuantum düzeyinde zaman yolculuğunun teorik olarak mümkün olabileceğini düşünüyor.
ZAMANIN GERÇEK DOĞASI
Belki de doğru kuantum kütle çekimi teorisini bulduğumuzda zamanın tek ve basit bir kavram olmadığını anlayacağız.
Belki zaman;
- hem uzay-zamanın bir boyutu,
- hem fizik denklemlerinde kullanılan bir koordinat,
- hem de termodinamikte ortaya çıkan tek yönlü bir ok
olarak aynı anda varlığını sürdürüyor.
Bizim günlük hayatta deneyimlediğimiz zaman algısı da belki bu farklı katmanların birleşiminden doğuyor.
Şimdilik kesin olan tek şey, zamanın hâlâ modern fiziğin en büyük gizemlerinden biri olduğu.
Belki de zamanı anlamak için daha yolun çok başındayız.
Zaman nedir? , Zaman gerçekten var mı ?, zamansız bir gezegende miyiz ? yoksa zaman sadece bize göre mi şekillenip var oluyor?