Zaman Kavramı Ve İkizler Paradoksu

Gündüz-gece kavramı zaman kavramının ilk tohumudur diyebiliriz. Daha sonraları insanoğlu çok özel durumlarla karşılaşmış ve o an yaşadıkları zamanı veya daha önce yaptıklarını ya da daha sonra yapacaklarını zaman kavramı altında tanımlama gereği duymuştur. Böyle bir kavram oluşturmak içinde herkse göre sabit bir niceliği zaman ölçüsü olarak tanımlamak gerektiğini fark etmiştir. Bu doğrultuda 1960 yılından önce, zaman standardı “ortalama güneş günü” cinsinden hesaplanmıştır. Ortalama güneş saniyesi bir güneş gününün (1⁄60)(1/60)(1/24)’ü olarak alınmıştı. Ama bu kavram gelişen teknoloji karşısında yetersiz kalmış, hassasiyetini gelişen teknoloji karşısında günden güne kaybetmiştir bunun üzerine bilim adamları 1967 yılında zaman kavramı için yeni bir sabit geliştirmişlerdir: Atomik saat. Bu olguya göre sezyum atomunun 9 192 631 770 defa titreşim yaptığı süreye 1 saniye denilmiştir. Çok kesin ve net gibi gözüken bu tanım şimdiki zamanlarda gelişen nano –teknolojinin ihtiyaçlarını karşılamakta zorlanmaktadır.

Modern fizikte zaman kavramının önemi Einstein ile beraber ortaya çıkmıştır. Einstein’dan önceleri geçerli olan Newton fiziği uzay-zamanı ayrı ele alarak, zamanı; evrenin her noktası için mutlak kabul etmekte ve zamanın bütün referans sistemlerinden bağımsız olduğunu söylemekteydi. Einstein bu kavramın yanlış olabileceğini daha o günlerde kestiriyordu. Işık hızı ve zaman arasında bir kopma noktası olabileceğini düşünen Einstein bu düşüncesini bazı örneklerle desteklemeye çalıştı. Mesela bir saat kulesinin yakınlarında olduğunu tasavvur eden Einstein, saat kulesinin tam 12 yi gösterdiğini varsaymıştır. O saat kulesinin Einstein’a saatin tam 12’i olduğunu göstermesi, ışık ışınlarının önce saat kulesine ve oradan da Einstein’ın gözlerine yansıması demektir. Ama burada bir gariplik vardır; ışık ışınları tam saat kulesindeyken de Einstein’ın gözlerine gelirken aldığı yol boyunca da dahil olmak üzere bütün bir zaman aralığında hep aynı bilgiyi taşıdığını(saatin 12 olduğu bilgisi) görmüştür ve ışık ışınları için zamanın durduğu sonucuna ulaşmıştır. Einstein “eğer o ışık ışınının üzerinde yolculuk yapsaydım dünyayı nasıl görürdüm” diye düşünür ve bu düşüncesinde yıllar sonra bulacağı özel görelilik teorisinin altyapısı bulunduğu açıkça görülmektedir. 

Einstein özel görelilik teorisinde kısaca; evrende hiçbir ivmeli hareket eden nesnenin ışık hızına ulaşamayacağını söyler. Einstein bu durumu şöyle özetlemektedir; “Görelilik kuramına uygun olarak m kütleli bir maddeciğin kinetik enerjisi m.v²/2 ifadesiyle değil, mc²/√1-v²/c² ifadesi verecektir. V hızı, c ışık hızına yaklaştıkça, bu ifade de sonsuza yaklaşmaktadır. Bu yüzden, ivmeyi yaratmak için kullanılan enerji ne kadar büyük olursa olsun, hız her zaman c’den küçük kalmalıdır.”Yani yeterli güçte bir roket yaptığımızı düşünelim. Işık hızına çok yakın hızlara ulaşmamıza rağmen hızı arttırmakta ısrar ettiğimiz taktir de verdiğimiz enerji sürekli olarak kütleye dönüşecektir. Başka bir deyişle kütlesi olan hiçbir şey ışık hızına ulaşamaz. Zaten ışığı oluşturan taneciklere(fotonlara) baktığımızda kütlesiz olduklarını gözlemleriz. Ayrıca fotonlar ışık hızında hareket etmeleri zamanlarının olmaması anlamına gelir yani sıfır zamanda hareket ederler.

Görelilik teorisiyle birlikte zamanın göreceli bir kavram olduğu ortaya çıkmış ve yepyeni bir bilimin(modern fizik) kapısı aralanmış oldu.

Einstein’ın 1905 yılında ileri sürdüğü özel göreliliğin iki postülasının(1)Birbirlerine göre düzgün doğru hareket yapan tüm gözlemciler için ışık hızı aynıdır. 2) Birbirlerine doğru hareket halindeki tüm gözlemciler için fizik kanunları aynıdır

 Şimdi zamanın göreceliği kavramını en iyi şekilde özetleyen ve çok popüler bir örnek olmasına rağmen hala kavram hatalarının yapıldığı ikizler paradoksuna Richard GOTT’un özgün anlatımıyla bakalım: “İkiz kız kardeşler, Dünya ve Evren(orijinali Earth ve Astra’dır.) bu paradoksun klasik örneğidir. Tahmin ettiğiniz gibi Dünya Dünya’da kalır, Evren ise bir roketle ışık hızının %80 hızıyla Alpha Centauri yıldızına gider. Alpha Centauri Dünya’dan 4 ışık yılı uzaklıkta olduğuna göre, Evren’in oraya varışı 5 ışık yılı sürer. Evren’in saati Dünya’nın saatine göre %40 daha yavaş ilerler, Bu nedenle Evren bu yolculukta sadece 3 yıl yaşlanırken; Dünya, Evren’in yıldıza varışını 5 yıl olarak ölçer. Evren, Alpha Centauri’ye ulaştığı anda yön değiştirir ve yine ışık hızının %80’i bir hızla geri döner. Dönüş yolculuğu yine aynı şekilde Dünya tarafından 5 yıl, Evren tarafından da 3 yıl olarak ölçülür. Sonuç olarak Evren Dünya’ya vardığında; kendisinin toplam 6 yıl, Dünyanın ise toplam 10 yıl yaşlandığını görür. Yani Evren dünya zamanına göre 4 yıl ileri gitmiştir. İşte paradoks tam bu noktada ortaya çıkar.

Evren ışık hızının %80’i hızla Alpha Centauri’ye doğru giderken, roketin camından bakıp, aslında Dünya’nın ışık hızının %80 hızıyla gittiğini ve kendisinin sabit durduğunu ileri sürebilir. Bu düşüncedeki yanlış şudur; İkiz kardeşler aynı deneyimleri yaşamadılar. Dünya’da bulunan Dünya, yön değiştirmeksizin sabit bir hızla hareket eden bir gözlemci(Dünya’nın Güneş etrafındaki hızı ihmal ediliyor) olduğundan Einstein’ın ilk postülasını sağlar(postülayı hatırlayalım: Birbirine göre düzgün doğru hareket yapan tüm gözlemciler için ışık hızı aynıdır). Buna karşın Evren, yön değiştirmeksizin sabit hızla hareket eden bir gözlemci değildir. 

Evren, Alpha Centauri’ye vardığında yön değişitirir. İşte üzerinde durulması gereken en kritik nokta “yön değiştirme” olgusudur. Şimdi Evren’in bu yolculuk sırasında neler düşündüğüne bakalım: Evren, Alpha Centauri’ye doğru giderken camdan bakar ve Dünya’nın ışık hızının %80 i hızla hareket ettiğini görür. Alpha Centauriye vardığında saatine bakar ve 3 yıl geçtiğini görür, bunun üzerine ışık hızının %80’i hızla hareket eden Dünya’daki Dünya’nın kaç yıl yaşlandığını bulmak için işlem yapar ve çıkardığı sonuç 1,8 yıl olur. Yani kendisi 3 yıl, Dünya ise 1,8 yıl yaşlanmıştır Evrene göre. Alpha Centauriye vardığında Evren konumunu Dünyaya doğru çevirir. İşte tam bu yön değiştirme hareketini yaptığı anda uzay-zamanı farklı bir eğimle diler ve aslında hareket edenin kendisi olduğunu algılar. Dönüş yolu boyunca yine ışık hızının %80’i hızla hareket eden ve Dünya’ya varan Evren, yaptığı hesaplar sonucunda dönüş yolu boyunca Dünya’nın 8,2 yıl dolayısıyla 8,2(dönüş) +1,8(gidiş) olmak üzere toplamda 10 yıl yaşlandığını kendisinin ise 3+3 yıl olmak üzere 6 yıl yaşlandığı sonucuna varır. Görüldüğü gibi ortada paradoks yoktur. Evren’in Dünya’daki olayların eş zamanlı olduğuna dair olan fikri “dönüş hareketi” sonrasında tamamen değişir ve aslında hareket edenin kendisi olduğunu algılar. Yani böylece her iki kardeşinde yaşları hakkındaki hesaplarının doğru olduğu ortaya çıkar.”

Burada da çok net bir biçimde görüldüğü üzere zaman göreceli bir kavramdır. Ama bu görelilik fizik yasalarını kesinlikle etkilememektedir. Fizik yasaları sahip oldukları simetri sayesinde(o da belki bir başka yazının konusu olabilir) her koşulda kesinliğini muhafaza etmektedir. Şu unutulmamalıdır ki, eğer hız, zaman gibi kavramlardan bahsediyorsak anlam kargaşasını önlemek için mutlaka bir referans noktası belirtmeliyiz. Kim bilir beklide zaman kavramını daha ayrıntılı bir şekilde anlayabilirsek birçok bilim adamının ve bilim-kurgu yapımcısının fantezisi olan geleceğe ve geçmişe yolculuk rutin yapılan işlerden birisi olacaktır.