ZAMAN KAVRAMI VE İKİZLER

ZAMAN KAVRAMI VE İKİZLER
PARADOKSU Mesela sabah koyunlar otlaklara
çıkartılır akşam yatılır gibi.
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.[1]
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.) yanı
sıra evrendeki bilinen 3 boyut
haricinde birde zaman
boyutunun olduğunu ortaya
koyması fizik dalındaki en büyük devrim olarak
nitelendirilmektedir.
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.

Serway, A.Raymond, Beichner, J.Robert, Fizik1, sf.5, Palme
yayıncılık