Zaman Nedir Ve Her Zaman İleriye Doğru Mu Hareket Eder?

Zamanın geriye doğru aktığını hayal edin. İnsanlar yaşlanmak yerine gençleşecek ve uzun bir kademeli gençleşme hayatından sonra - bildikleri her şeyi unutarak - ebeveynlerinin gözlerinde bir ışıltı olarak sonlanacaklardı. Bu, bilimkurgu yazarı Philip K Dick'in bir romanında temsil edilen zamandır ancak şaşırtıcı bir şekilde, zamanın yönü de kozmologların boğuştuğu bir konudur.

Zamanın belirli bir yönü olduğunu varsayarken, fizikçiler varsaymaz: çoğu doğal yasa "zamanda tersine çevrilebilir"dir, yani zaman geriye doğru akıyor olarak tanımlansa bile aynı şekilde çalışırlar. Peki zaman neden her zaman ileriye doğru hareket eder? Ve her zaman böyle mi olacaktır?

Zamanın bir başlangıcı var mıdır?

Herhangi bir evrensel zaman kavramı, nihayetinde kozmosun kendisinin evrimine dayanmalıdır. Evrene baktığınızda, geçmişte gerçekleşmiş olayları görürsünüz; bize ulaşması için ışık zaman alır. Aslında, en basit gözlem bile kozmolojik zamanı anlamamıza yardımcı olabilir: örneğin gece gökyüzünün karanlık olması. Evrenin sonsuz bir geçmişi olsaydı ve kapsamı sonsuz olsaydı, gece gökyüzü tamamen parlak olurdu; her zaman var olmuş bir kozmostaki sonsuz sayıda yıldızdan gelen ışıkla dolu olurdu.

Uzun bir süre boyunca Albert Einstein da dahil olmak üzere bilim insanları evrenin durağan ve sonsuz olduğunu düşündüler. O zamandan beri yapılan gözlemler evrenin aslında genişlediğini ve ivmelenen bir oranda genişlediğini gösterdi. Bu, evrenin Büyük Patlama adını verdiğimiz daha kompakt bir durumdan kaynaklanmış olması gerektiği anlamına gelir ve bu da zamanın bir başlangıcı olduğunu ima eder. Aslında, yeterince eski bir ışık ararsak Büyük Patlama'dan kalan radyasyonu bile görebiliriz - kozmik mikrodalga arka planı. Bunu fark etmek evrenin yaşını belirlemede ilk adımdı (aşağıya bakın).

Ancak bir sorun var, Einstein'ın özel görelilik kuramı, zamanın ... göreli olduğunu gösteriyor: Bana göre ne kadar hızlı hareket ederseniz, zaman algıma göre sizin için o kadar yavaş geçecektir. Dolayısıyla genişleyen galaksiler, dönen yıldızlar ve dönen gezegenlerden oluşan evrenimizde, zaman deneyimleri değişir: her şeyin geçmişi, şimdiki zamanı ve geleceği görelidir.

Peki hepimizin üzerinde uzlaşabileceği evrensel bir zaman var mı?

Evrenin zaman çizelgesi. Tasarım Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Evrenin her yerde ortalama olarak aynı olması ve her yönde ortalama olarak aynı görünmesi nedeniyle bir "kozmik zaman"ın var olduğu ortaya çıktı. Bunu ölçmek için tek yapmamız gereken kozmik mikrodalga arka planının özelliklerini ölçmek. Kozmologlar bunu evrenin yaşını belirlemek için kullandılar; kozmik yaşı. Evrenin 13,799 milyar yaşında olduğu ortaya çıktı.

Zamanın oku

Yani zamanın büyük ihtimalle Büyük Patlama sırasında başladığını biliyoruz. Ancak akıllarda kalan bir soru var: zaman tam olarak nedir ?

Bu soruyu çözmek için uzay ve zamanın temel özelliklerine bakmalıyız. Uzay boyutunda ileri ve geri hareket edebilirsiniz; yolcular bunu her gün deneyimler. Ancak zaman farklıdır, bir yönü vardır, her zaman ileri hareket edersiniz, asla geriye doğru hareket etmezsiniz. Peki zaman boyutu neden geri döndürülemezdir? Bu, fizikteki çözülememiş en büyük problemlerden biridir.

Zamanın neden geri döndürülemez olduğunu açıklamak için, doğada geri döndürülemez olan süreçleri bulmamız gerekir. Fizikteki (ve yaşamdaki!) bu tür birkaç kavramdan biri, zaman geçtikçe şeylerin daha az "düzenli" hale gelme eğiliminde olmasıdır. Bunu, bir şeyin ne kadar düzenli olduğunu kodlayan entropi adı verilen fiziksel bir özellik kullanarak açıklıyoruz.

Başlangıçta tüm parçacıkların bir köşeye yerleştirildiği (düzenli bir durum) bir gaz kutusu hayal edin. Zamanla doğal olarak tüm kutuyu doldurmaya çalışacaklardır (düzensiz bir durum) - ve parçacıkları düzenli bir duruma geri koymak enerji gerektirecektir. Bu geri döndürülemezdir. Omlet yapmak için bir yumurtayı kırmaya benzer - bir kez yayılıp tavayı doldurduğunda, asla yumurta şekline geri dönmeyecektir. Evren için de aynı şey geçerlidir: evrimleştikçe genel entropi artar.

Ne yazık ki bu kendi kendine düzelmeyecek. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Entropinin zamanın okunu açıklamak için oldukça iyi bir yol olduğu ortaya çıktı. Ve evrenin daha az değil daha düzenli hale geldiği görünse de - erken aşamalarında nispeten düzgün bir şekilde yayılmış sıcak gazdan oluşan vahşi bir denizden yıldızlara, gezegenlere, insanlara ve zamanla ilgili makalelere dönüşüyor - yine de düzensizliğinin artması mümkün. Bunun nedeni, büyük kütlelerle ilişkili yer çekiminin maddeyi görünüşte düzenli durumlara çekiyor olması olabilir - gerçekleşmiş olması gerektiğini düşündüğümüz düzensizlik artışının bir şekilde yer çekimi alanlarında gizlenmiş olması. Yani düzensizlik, biz görmesek bile artıyor olabilir.

Ancak doğanın düzensizliği tercih etme eğilimi göz önüne alındığında, evren neden ilk başta böyle düzenli bir durumda başladı? Bu hala bir gizem olarak kabul ediliyor. Bazı araştırmacılar, Büyük Patlama'nın başlangıç ​​bile olmayabileceğini, aslında zamanın farklı yönlerde aktığı "paralel evrenler" olabileceğini savunuyorlar.

Zaman bitecek mi?

Zamanın bir başlangıcı vardı ancak bir sonu olup olmayacağı, onu hızlanan bir oranda genişleten karanlık enerjinin doğasına bağlıdır. Bu genişlemenin oranı sonunda evreni parçalayabilir ve Büyük Yırtılma ile sonlanmasına neden olabilir; alternatif olarak karanlık enerji bozulabilir, Büyük Patlamayı tersine çevirebilir ve Evreni Büyük Çöküş ile sonlandırabilir; veya Evren sonsuza dek genişleyebilir.

Peki bu gelecek senaryolarından herhangi biri zamanı sonlandırır mı? Kuantum mekaniğinin garip kurallarına göre, minik rastgele parçacıklar bir vakumdan anlık olarak fırlayabilirler - parçacık fiziği deneylerinde sürekli görülen bir şey. Bazıları karanlık enerjinin böyle "kuantum dalgalanmalarına" neden olabileceğini ve yeni bir Büyük Patlamaya yol açarak zaman çizgimizi sonlandırıp yenisini başlatabileceğini ileri sürdüler. Bu son derece spekülatif ve çok düşük bir ihtimal olsa da, bildiğimiz şey, ancak karanlık enerjiyi anladığımızda evrenin kaderini bileceğimizdir.

Peki en olası sonuç nedir? Bunu ancak zaman gösterecek.