Bizim gerçekliğimizde gelecek, şimdi ve geçmiş farklı görünür.

Kozmolojik ölçekte ise bilim insanları evrenin nelerden oluştuğu ve nasıl evrimleştiği konusunda inanılmaz başarılı bir hikâye ortaya koydular. Bu hikâye yaklaşık 13,8 milyar yıl önce, bir yıldızdan daha sıcak ve bir yıldızdan çok daha yoğun bir noktadan enerji fışkırması ile başlıyor. Bu "Büyük Patlama" anıdır. Patlamanın hemen ardından evren büyük bir hızla genişlemeye başlıyor; genişledikçe uzay dokusu soğuyor ve günümüz evreni oluşuyor.

Süreç, gözlemlerle örtüşmekte ancak erken evrende tekillik gibi bir dizi sıra dışı özellik, hikâyenin bildiğimizden çok daha fazlası olduğunu ima ediyor.

Bu özelliklerden biri zamanda izlediğimiz asimetridir.

Asimetrik zaman

İnsan zaman içinde neyin doğal sayılacağına, neyin doğal olamayacağına ilişkin güçlü bir sezgi geliştirdi ve bunlara gözlem ve deneylerle anlam kazandırdı.

Bu veriler üzerinde yükselen bilim, bizlere doğanın temel düzeyde bir tam simetrisi olduğunu söylüyor. Bu simetri, CPT (Charge, Parity, Time) simetrisi olarak tanımlıdır.

Evrenimize baktığımızda orantısız bir genişleme ile zamanın ileriye doğru aktığını görüyoruz. Bu durum, CPT simetrisinin zaman ayağının ihlal ediliyor olmasıdır. Ve zamandaki bu asimetri, geçmişten geleceğe doğru ve tek yönlüdür.

Ancak uzayda zamanın bir “yönü” olduğunu söylemek kolay tanımlanır bir ifade değil; 1927 yılında Arthur Eddington, uzayın bu tek yönlü zaman özelliği için "zamanın oku" ifadesini kullanmıştı.

Zamanın oku, kullanıla gelen bir ifade ancak çok kolay anlaşılır değil. Bunun yerine zamanın “asimetrik” veya “geri döndürülemez” olduğunu da söylemek mümkün.

Makro düzeyde deneyimlediğimiz bu asimetri, yani zamanın asimetrisi evrenin doğasına aykırı.

Büyük Patlama anına yaklaşıldığında bu oku izleyemiyoruz. Burada geçerli yasalar geçmiş ve gelecek arasında ayrım yapmaz, çünkü sıcak, yoğun ve homojen erken evren, bugünün soğuk ve heterojen makro evreninden tamamen farklıdır.

Zamanın oku, başka bir deyişle "kozmolojik zaman" evrenin tartışmasız en belirgin özelliği ancak bunun açıklaması gökbilimciler için oldukça zor.

Yani evren hikayemiz düzenli bir şekilde başlamış, giderek düzensiz hale gelmiş ve daha da düzensiz olmaya aday görünüyor.

Entropi bulmacası

Zaman, bizim gerçekliğimizde "geçmişten bugüne, geleceğe doğru ilerleyen, geri döndürülemez, ardı ardına gerçekleşen olaylar dizisi" olarak tanımlanmaktadır. Bu bizim algıladığımız zamandır ve bu zaman algısı tek yönlüdür.

Olaylar dizisini resimleyecek olursak, resimlerin tek yönde sıralandığını görebilirsiniz. Yaşam deneyimlerimizden, düzenin düzensizliğe doğru gitme olasılığının yüksek olduğunu da sezgisel olarak biliyoruz. 

Peki bu diziyi ne tanımlar? Akış neden ileriye doğrudur? Ve neden düzenden düzensizliğe doğrudur?

Fizikçiler, zamanın asimetrisini termodinamiğin ünlü ikinci yasasında tanımlı "entropi" ile açıklamaya çalıştılar.

Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzmann entropiyi bir nesnenin makro durumu ile mikro durumu arasında olasılıksal bir bağıntı ile açıklar. Makro durum, cismin sıcaklığı, basıncı gibi onu yansıtan genel özellikleridir. Örneğin bir fincan kahveyi tarif ederken onun sıcaklığı, yoğunluğu, rengi veya tadını belirtmeye çalışırız.

Ancak kahvenin bir de mikro (kuantum) durumu vardır. Kahveyi oluşturan çok sayıdaki atomun konumları ve hızları kahvenin tek bir makro durumuna, örneğin sıcaklığına, karşılık gelir.

Dolayısıyla entropi, aynı makro duruma karşılık gelen olası mikro durumların sayısıdır ve Boltzmann entropi denklemi, bu sayının logaritması ile orantılıdır.

Düşük entropili bir sistemde bir makro özelliğe karşılık az sayıda mikro durum varken yüksek entropili bir sistemde aynı makro büyüklük için mikro durum sayısı çok daha fazladır. Entropik zamanın yönü ise düzenden düzensizliğe doğrudur.

Ancak burada kapalı bir sistem olma koşulu vardır.

Kapalı bir sistemde entropi asla azalmaz. Bu bize her şeyin bozulmaya doğru evrildiğini gösterir. Ve biz de onu zamanın yönü olarak algılarız.

Kozmolojik zaman, bizim evren hikâyemizde yanıt bekleyen bir sorudur. Psikolojik zaman ve yönü ise bizim gerçekliğimizde zaman algımızı yansıtıyor.

Buna karşın termodinamik, entropi kavramı etrafında dolaşarak bizlere zaman ve yönü konusunda açıklama getirmeye çalışıyor. Bu tek yönlü ok, neden her şeyin bozulmaya eğilimli ve bir sonu olduğunu ve neden yaşlanıp öldüğümüzü açıklar.

Yanıtlanması gereken çok fazla soru var.

Dünün geçmişte kaldığını, yarının mutlaka geleceğini biliyoruz; şu an deneyimlediğiniz şeyin ne olduğu sorusu için ise henüz bir yanıtımız yok!

Kaynakça:

https://www.scientificamerican.com/issue/sa/1975/12-01/

https://www.newscientist.com/article/2277050-measuring-time-accurately-increases-the-entropy-in-the-universe/

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7516914/