Zaman Gerçekten Tek Yönlü Mü?

Günlük hayatımızda zamanın tek yönlü aktığını düşünürüz. Zira dün yaşadıklarımızı hatırlarız lakin yarın yaşayacaklarımızı bilemeyiz. Kırılan bir bardak yere düşüp parçalanabilir ama parçaların bir araya gelip tekrar bardağa dönüşmesine hiç tanık olmayız. Yaşlanırız fakat gençleşmeyiz. Bu nedenle zamanın doğal yönünün geçmişten geleceğe doğru olduğunu kabul ederiz. 

Peki bu gerçekten doğanın temel bir özelliği mi, yoksa yalnızca bizim gözlemlediğimiz makroskobik dünyanın bir sonucu mu? 

Bana ilginç gelen nokta şu olmuştur: Fizikte kullandığımız birçok temel denklem, zamanı ters çevirdiğimizde çalışmaya devam eder. Başka bir ifadeyle, bazı fizik yasaları açısından zamanın ileri veya geri akması arasında temel bir fark yoktur ve bu durum beni oldukça sıra dışı bir soru sormama neden oluyor: Eğer fizik yasaları çoğu zaman geçmiş ve gelecek arasında ayrım yapmıyorsa, neden biz zamanı yalnızca ileri doğru deneyimliyoruz? 

Fizikte simetri kavramı son derece önemlidir. Bir sistem üzerinde belirli bir dönüşüm uygulandığında fizik yasaları değişmiyorsa, o sistemin ilgili simetriye sahip olduğu söylenir. Örnek vermek gerekirse bir deneyi bugün yapıp yarın tekrar ettiğimizde aynı koşullar altında aynı sonucu alıyorsak, fizik yasaları zaman içinde değişmiyor demektir. Buna zaman içinde değişmezlik denir. T-değişmezliği veya zaman tersleme simetrisi ise biraz farklıdır. Zira burada zamanın yönü matematiksel olarak ters çevrilir. Denklem içerisindeki zaman değişkeni ileri yerine geri yönde ele alınır. Eğer fiziksel yasa bu dönüşüm altında geçerliliğini koruyorsa, T-simetrisine sahip kabul edilir. Aslında bu fikir ilk bakışta garip gelebilir. Lakin örneğin sürtünmesiz bir ortamda hareket eden bir topun videosunu düşünürsek, videoyu ileri veya geri oynattığınızda hangi yönün gerçek olduğunu yalnızca görüntüye bakarak anlamak çoğu zaman mümkün değildir. Çünkü hareketi tanımlayan denklemler her iki durumda da geçerlidir. Bir başka örnek verecek olursam: Newton'un hareket yasaları incelendiğinde dikkat çekici bir durum ortaya çıkar. Bir cismin konumu, hızı ve kuvvetleri belirli olduğunda hareket denklemleri zaman ters çevrilerek de çözülebilir. Teorik olarak bir gezegenin Güneş etrafındaki hareketini geri oynatmak mümkündür. Gezegen yine aynı yörüngeyi takip eder; yalnızca hareket yönü değişir. 

Bu nedenle klasik mekaniğin büyük bölümü zaman açısından simetrik görünmektedir. Lakin burada önemli bir ayrıntıya değinmek istiyorum. Matematiksel olarak mümkün olan her süreç, fiziksel olarak gözlemlediğimiz süreçlerle aynı olmamıştır. Bir bardağın masadan düşerek kırılması son derece sıradan bir olaydır. Fakat yerdeki binlerce cam parçasının kendi kendine hareket ederek tekrar kusursuz bir bardağa dönüşmesi pratik olarak imkansız görünür. Oysa atom düzeyinde bakıldığında her iki süreç de fizik yasalarına aykırı değildir. 

Burada devreye termodinamik ve entropi kavramı giriyor

Entropi, kabaca bir sistemin düzensizlik miktarı olarak düşünülebilir. İzole sistemlerde entropi zamanla artma eğilimindedir. Kırılan bardak örneğinde düzenli yapıdan düzensiz yapıya geçiş gerçekleşir. Tersi yöndeki süreç ise istatistiksel olarak son derece düşük bir olasılığa sahiptir. Bu nedenle zamanın ileri doğru aktığı hissini büyük ölçüde entropi oluşturur. Belki de zamanın oku dediğimiz şey, doğrudan zamanın kendisinden değil, evrenin istatistiksel davranışından kaynaklanmaktadır. 

Uzun yıllar boyunca fizikçiler doğanın temel düzeyde tamamen T-simetrik olduğunu düşündüler. Lakin parçacık fiziğinde yapılan bazı deneyler bu görüşü temelinden sarsmıştı.

Özellikle nötr kaonlar ve daha sonra B mezonları üzerinde yapılan çalışmalar, bazı süreçlerin zaman tersleme simetrisini tam olarak korumadığını gösterdi. Bu sonuç son derece önemlidir. Keza ilk kez doğanın temel seviyede geçmiş ve gelecek arasında belirli durumlarda ayrım yaptığı görülmüştür. Elbette bu ihlaller günlük yaşamda gözlemlediğimiz zamanın yönünü tek başına açıklayacak büyüklükte değildir. Lakin evrenin temel yapısında zamanın yönüne ilişkin ipuçları taşıyor zaten. 

Peki gelecek ve geçmiş arasındaki asıl fark nedir? Belki de en ilginç soru budur. Zira geçmişi hatırlıyoruz çünkü geçmişe ait fiziksel kayıtlar bulunuyor. Fotoğraflar, anılar, fosiller, belgeler ve sayısız iz geçmiş olayların izlerini taşır. Gelecek ise henüz gerçekleşmediği için böyle kayıtlar barındırmaz. Lakin bunun nedeni zamanın doğası mı, yoksa entropinin sürekli artması mı? Bu soru hala modern fiziğin kesin olarak cevaplayamadığı konular arasında yer alıyor. 

Sonuç olarak; Zamanın tek yönlü aktığı düşüncesi günlük deneyimlerimiz açısından son derece doğal görünmektedir. Lakin fizik denklemlerine baktığımızda durum o kadar da basit değildir. Klasik mekaniğin büyük kısmı, elektromanyetizmanın önemli bölümleri ve kuantum mekaniğinin birçok denklemi zaman ters çevrildiğinde de çalışmaya devam eder. Buna rağmen kırılan bardaklar yeniden birleşmez, insanlar gençleşmez ve geçmişe dair anılarımız geleceğe dair anılarımızdan çok daha fazladır. Belki de zamanın oku, zamanın kendisinden değil, evrenin düşük entropili başlangıcından kaynaklanmaktadır. Belki de henüz keşfedemediğimiz daha derin fiziksel ilkeler vardır. Kesin olan tek şey şu olduğunu düşünüyorum: Her gün deneyimlediğimiz zaman, modern fiziğin hala tam olarak çözemediği en büyük gizemlerden biri olmaya devam ediyor.