Neredeyse hiçbir şey zamandan daha açık değildir. Zaman hatırladığımız geçmişten bilmediğimiz bir geleceğe doğru akar. Bilim insanları ve filozoflar buna zamanın psikolojik oku adını verirler. Masanızın üzerine koyduğunuz kahve soğuyacaktır ve asla kendiliğinden ısınmaz. İşte bu da zamanın termodinamik okunu yansıtır.
Geçtiğimiz haftalarda Physical Review E dergisinde yayınlanan bir makalede, iki fizikçi zamanın birbirinden ayrı iki notasyonunu yani psikoloji temelli ve termodinamik temelli notasyonlarının her zaman aynı hizada/sıralanması gerektiği durumu ele aldılar.
Termodinamiğin ilkeleri bir kahve fincanındaki trilyonlarca kez trilyonlarca sıvı molekülleri gibi büyük parçacık birikimlerinin her zaman daha fazla dağınık yerleşmelere doğru yöneldiğini gösterir. Örneğin, soğuk bir odada kümeleşen sıcak su molekülleri biraz düzenlenmeye gerek duyarlar, yani sıcak içecekler eninde sonunda kendilerini çevreleyen sıcaklığa soğurlar. Fizikçiler böyle düzensiz yerleşmelerin yüksek entropiye sahip olduklarını söylerlerken düzenli yerleşmelerin veya durumların da düşük entropiye sahip olduğunu söylerler.
Çok büyük sayılardaki parçacıkların eş zamanlı hareketlerini tanımlayan fizikçilerin kullandığı denklemler henüz zamanın ileri doğru mu yoksa geriye doğru mu çalıştığını ayırt etmez. Bu nedenle, maddenin hemen hemen herhangi bir karmaşık düzenlenmesi zamanın aktığı yöne rağmen entropi kazanacaktır. Yani zamanın aktığı yönün bir önemi yok.
Evrenimiz görünüşe göre özel, düşük entropili bir düzenleme olan Büyük Patlama ile başladı. Bu henüz açıklanamayan gözlemler zamanın termodinamik okunun arttığını ve bunun da evrenin daha düşük entropili bir geçmişten daha yüksek entropili bir geleceğe gelişimine yol açtığını kozmolojistler gözlemliyor.
Zamanın her iki okunun (psikolojik ve termodinamik) ayrımının farkına varılması zor ve sezgisel olduğunu söyleyen Southern California Üniversitesi’nden fizikçi Todd Brun açıklamalarına şu sözleri de ilave etti: “İnsanların açıklanacak bir şeyler olduğunu fark etmesi iki bin yılını aldı.”
Geçtiğimiz yüzyılda, fizikçiler ve filozoflar zamanın termodinamik ve psikolojik oklarını birleştirmek için çalışmaya başladılar. Çoğu araştırmacı insan beyni ve bilgisayar hard diskleri gibi hafıza depolayan gerçek dünya nesnelerinin çalıştıkça ısındıklarını dikkate aldılar. Isı üretimi entropiyi artırır ve tersinmez yani geri dönüşü olmayan bir süreçtir. Dolayısıyla, termodinamik yasaları böyle nesnelerin sadece bir yönde çalışmalarını gerektirir: geçmişten geleceğe.
Ancak anılar ısı üretmek zorunda değil! California Teknoloji Enstitüsü’nden fizikçi Leonard Mlodinow bu hususa işaret etmektedir. Örneğin, bir su birikintisi üzerine düşen bir taş parçasının oluşturduğu dalgalanmalar, teoride ters yolculuk yapabilir. Geçmiş yerine geleceği hatırlayan bir hafıza mümkün olabilir mi? Araştırmacılar bunu merak ediyor…
Bu sorunun cevabını bulmak için, araştırmacılar bir düşünce deneyi tasarladılar. Onlar sıçrayan parçacıklarla dolu bir odacıktan oluşan bir sistemi düşündüler. Bu sistemde, içi sıçrayan parçacıklarla dolu odacık zamanla parçacıkların bir tünel aracılığıyla geçebilecekleri aynı büyüklükte olan boş bir odacığa bağlıdır. Bu evrenin ilk zamanlarındaki madde konsantrasyonuna benzer düşük entropili bir yapılanmadır. Parçacıklar bir odacıktan diğerine geçmesine rağmen, termodinamik eninde sonunda her iki odacığın kabaca eşit sayıda parçacıklarla dolu olmasını sağlar.
Eğer bir pervane her bir parçacığın tünel boyunca geçtiği zaman dönecek şekilde ayarlanırsa, pervanenin her dönüşü kaydedilecektir. Bu kayıt geçmişte herhangi bir zamanda parçacıkların düzenlenmesini gösterecektir. Fakat, hareket yasalarına göre parçacıkların gelecekteki yerleşimleri onların mevcut yörüngeleri tarafından tamamen belirlenir ve eğer zamanın akışı herhangi bir noktada tersine olsaydı, parçacıklar onların başlangıçtaki düşük entropili yapılanmasına geri dönecektiler. Yani araştırmacılar makalelerinde pervanenin sistemin iyi bir şekilde geleceğini kaydedebildiğini yazdılar. Bu da 200 yıl önce Fransız matematikçi Pierre-Simon Laplace tarafından işaret edilmişti.
Eğer sistemin gelecekteki bir durumuna sadece biraz ince ayar yapılırsa, yani bir veya daha fazla parçacığın hızı ya da konumu değiştirilirse ve sonra geriye doğru bu sistem çalıştırılırsa, sistemde artık entropi azalmayacaktır. Entropi artmış olacaktır.
Parçacıklar bir filmin geriye sarılması gibi hareket etmeye başlar ama her şey, ince ayar dediğimiz konumu ya da hızı değiştirilen parçacıklar diğerleri ile yakında çarpışacaklardır ve bir zincirleme reaksiyona neden olacaklardır. Sistemin bir anlığına görüntüsü ince ayar yapılmamış ya da orijinal filmin karşılık gelen sahnesi ile benzerlik göstermeyecektir.
Düşük entropili başlangıç durumundan kaynaklanan parçacıkların tam olarak düzenlenmesinin yüksek dereceli düzenli bir duruma ulaşmak için zamanda geriye doğru gelişebilir. Bu sistemin en ufak düzenlemeleri bile hiç benzemese de yüksek entropili duruma doğru yani geriye doğru gelişecektir. Başka bir deyişle, herhangi bir başlangıç koşulu için, pervane zamanın termodinamik okunu “ihlal etmeden” sadece geleceği “hatırlayabilecektir”.
Bu özellik hafızanın tanımı ile çelişir. Araştırmacılar hafızanın gelişen bir sistemin sadece bir şekilde değil, tüm yolları içerdiğini ifade ediyorlar. Örneğin, sizin beyniniz sizin başınızdan geçmemiş gelecek üç saat içindeki bir dizi sanal olayları kaydedebilecektir. Eğer beynin tıpkı bir bir hızda sıkışmış bir hız göstergesi gibi sadece belirli olaylar dizisini kaydetme kapasitesi olsaydı, o hâlde beyin işleyen bir hafızaya sahip olmazdı. Bu gereksinim nedeniyle, araştırmacılara göre hatta basit, tersinebilir bir hafıza sadece termodinamik geçmişi kaydedebilir, geleceği değil.
Araştırmacıların düşünce deneyi ile California Üniversitesi’nde bir fizik filozofu olan Craig Callender’e göre hafızanın yeni ve yararlı bir tanımı yapılmış oldu. Bu tanımın hafızanın gerçekten nasıl bir koşulla yapılandığı anlamında yeni bir algılama biçimi olduğunu ifade ediyor.
Ancak araştırmacıların bulgularını yeterli bulmayanlar da var. İtalya’daki Pavia Üniversitesi’nden Lorenzo Maccone bu çalışmanın bir zaman okuna sahip tersinebilir bir hafızaya yönelik tartışmaların önemini artırdığını kabul etse de araştırmacıların düşünce deneyindeki pervanenin parçacıkların gelecek yapılanmalarını nasıl kaydettiğini tam olarak açıklamadıklarını düşünüyor. Maccone böyle bir açıklama olmadan “Onların bu açıklamalarına tamamen ikna olmuş değilim” dedi.
1927 yılında İngiliz astronom Arthur Eddington tarafından zamanın asimetrisi ya da tek bir yönünü içeren bir kavram olarak geliştirdiği zaman oku kavramı son zamanlarda tartışmaların odak noktası oluyor. Kuark Bilim Topluluğu olarak biz de en son gerçekleşen tartışmalardan birini bu yazıda ele aldık. Görünen o ki, bu yazımız zaman oku meselesi için son da olmayacak.
Gökhan Atmaca, twitter.com/kuarkatmaca
Kaynak:
Gabriel Popkin, Why Does Time Flow Forward?, Inside Science
