Geçmişe yolculuk mümkün mü?

Mike McRae * 

Zaman okunun (akış/ilerleyiş yönünün) sonsuza dek geleceği gösterdiği gerçeğini hepimiz bilsek bile fizikçiler bunun neden zorunlu bir durum olduğunu anlatırken sıkıntı yaşarlar.

Kloroform ve asetondan oluşan bir karışım, bu meseleye dair ipuçları aramak için garip bir ortam gibi görünebilir; fakat araştırmacılar, bazı amaçlarla zamanın geriye doğru hareket eder gibi göründüğü şartları oluşturmak için böyle bir bileşimi kullanmışlar.

Bu yeni araştırma, bizleri dinozorları ziyaret edebileceğimiz bir yolculuğa çıkaramasa da evrenimizdeki zamanın neden tek yönlü bir akışa mahkûm olduğunu bize anlatabilir.

Uluslararası bir teorik fizik ekibi tarafından gerçekleştirilen yeni deney, sıkça zamanı tanımlamak için kullandığımız temel bir özelliği vurguluyor: Enerjinin hareketi.

Sezgisel bağlamda, zaman gayet basit bir olgu. Örneğin, geçmişi hatırlayabiliriz ama geleceği hatırlayamayız.

Ancak işleri basit kurallarla indirgediğimiz zaman, bir ‘sebebin’ neden ‘sonuçtan’ önce gelmesi gerektiğine ilişkin net bir açıklama olmadığını fark ederiz. En küçük düzeylerde, parçacıkların hareketlerini ve etkileşimlerini açıklayan formülü tersine çevirebiliriz ve sonuçta yine faydalı bir görünüme ulaşabiliriz.

Peki neden zaman ileri geri gidip gelmiyor?

ANAHTAR SÖZCÜK 'ENTROPİ'

Olası bir ipucu, “entropi” denen olguda gizleniyor olabilir. Tüm evrende olduğu üzere, enerji kazanmayı/toplamayı bırakan bir sistemde, işler düzenlilikten düzensizliğe doğru evrilme eğilimindedir ve bu gerçek, büyük ölçekli sistemlerde enerjinin nasıl dağıtıldığına dair bize bir ipucu sunar. (Entropi ilkesine göre, basitçe, bir araya gelen her şey dağılmak zorundadır.)

Termodinamiğin yasaları açısından düşünürsek, bu durum, soğuk bir oda içerisine sıcak bir cisim koyup odanın daha da soğumasını ve nesnenin daha fazla ısınmasını bekleyemeyeceğiniz anlamına gelir; çünkü tüm sıcak şeyler soğumaya eğilimlidir.

Bu durum bize tam anlamıyla zamanın neden var olduğunu açıklamasa bile, termodinamik alanı bize araştırma yapacağımız noktayı işaret eder.

Gerçekleştirilen çeşitli deneyler, parçacıkların kuantum seviyesinde dahi genellikle başlangıç ​​ ​​koşullarına bağlı olacak biçimde davranacaklarını gösteriyor. Başka bir deyişle, ileri doğru hareket ediyorlar.

Peki bu genellemenin bazı sınırları var mı? Bilindiği kadarıyla, en azından bu deneyin sonuçlarına göre, var.

Araştırma ekibi, bir hidrojen ve üç klor atomuna bağlı bir karbon atomundan oluşan bir molekül olan kloroformu inceledi.

MANİPÜLE EDİLEN MOLEKÜLLER FARKLI DAVRANIYOR

Araştırmacılar, molekülleri aseton içerisinde seyrelterek karbon ve hidrojen atomlarının çekirdeklerini dengelemek amacıyla oldukça güçlü bir manyetik alan kullandılar ve parçacıkların spin (dönüş) adı verilen bir özelliğini manipüle ettiler.

Bu koşullar, nükleer manyetik rezonans (direnç) vasıtasıyla çekirdeği yavaş yavaş ısıttıklarında moleküllerin davranışlarını “dinlemelerine” olanak sağlamış.

Zamanın “kurallar bütününe” uygun davranıldığında, bir çekirdeğin, ısındığı vakit kendi rastgele hareketlerini aynı sıcaklığa ulaşana dek daha düşük parçacıklara aktarması beklenir; bu, kendi enerji durumlarında fark edilebilen bir değişimdir.

Normal koşullar altında, tam olarak olan budur. Diğer yandan araştırmacılar, parçacıklar karşılıklı etkileşime girdiğinde oldukça ilginç bir istisnanın gerçekleştiğini keşfettiler.

Bu durum, önceki etkileşimler sayesinde, belirli etkileşimlerin bir mesafe boyunca bir arada “kilitli” kaldığını gösteriyor; diğer bir deyişle, kuantum dolaşıklık* durumunun daha yumuşak bir versiyonunu andırıyor.

Parçacıkların etkileşimi, moleküller arasındaki enerjinin hangi biçimde paylaşıldığı konusunda önemli bir farklılığa yol açtı; ısıtılmış hidrojen molekülleri daha sıcaktı, daha soğuk durumdaki karışık karbon eşleriyse daha da soğumuştu.

Farklı bir deyişle, gerçekleştirilen çalışma, evrenin oldukça küçük bir kesitinde geri çevrilen zamanın termodinamik bir eş-değeri bulunduğunu ortaya koydu.

Araştırma ekibi, çalışmaya ilişkin olarak “soğuk sistemden sıcak sisteme doğru ani bir ısı aktarımı gözlemliyoruz,” diyor.

Araştırma, ön inceleme amacıyla arxiv.org adlı sitede yayınlandı; bu durum, sonuçların nasıl yorumlanacağı hususunda temkinli davranmamız gerektiğine işaret ediyor.

KUANTUM VE TERMODİNAMİĞİN KESİŞME NOKTASI

Anlayacağımız üzere, deney çok küçük bir skala ile sınırlı; bizlere 60’lı yıllara geri dönebilmemiz için bir “akı (değişim) kapasitörü”** vaat etmiyor. Buna karşın, zaman okunun mutlak biçimde tek yönlü olmadığını ortaya koyuyor.

Deney, kuantum mekaniği ve termodinamiğin çakışması hususunda da umut verici detaylar içeriyor; bu durumun kendisi, fizikçiler tarafından hâlâ alay konusu edilse bile, heyecan verici, cesur ve yeni bir dünyanın fiziği anlamına geliyor.

Pratik düzlemde, kuantum fiziğinin kimi ilgi çekici teknik uygulamalara uyarlanabilecek prensiplerini kullanarak, sıcaklığın, anlaması zor biçimlerde nasıl aktarılabileceğini gösteriyor.

Yapılacak gözlemlerle, mikroskobik (en küçük) sistemlerden makroskobik (en büyük) sistemlere doğru nasıl ölçeklendiği ve evrenin boyutlarına nasıl etkide bulunduğu, gelecekteki deneylerde tam olarak araştırılması gereken bir konu.

Her halükârda, zaman boyutunun neden tek yönde aşırı biçimde eğildiğini anlama noktasındaki boşlukların doldurulmasına yardım edecektir.

*Birbiriyle “dolaşık” durumdaki iki parçacık, evrenin hangi noktasında olursa olsun, aynı anda aynı tepkileri gösterir.

* Yazının aslı Science Alert sitesinde yayınlanmıştır.  (Çeviren: Tarkan Tufan)

**“Geleceğe Dönüş” filmlerinde zamanı geriye çevirmeye yarayan hayali makineye verilen ad.