Bir Zaman Makinası Nasıl Yapılır?

Zaman yolculuğu, H. G. Wells’ in 1985 yılında ünlü romanı Zaman Makinesi’ni yazmasından bu yana güncel bir bilim-kurgu temasıdır. Fakat acaba gerçekten yapılabilir mi? Bir insanı geçmişe veya geleceğe taşıyacak bir makine inşa etmek mümkün müdür ?

On yıllar boyunca Zaman yolculuğu saygın bilimin sınırlarının dışında kaldı. Fakat son yıllarda bu konu kuramsal fizikçiler arasında bir çeşit yan uğraş haline gelmeye başladı. Çıkış noktası kısmen eğlence amaçlıydı; Zaman yolculuğu üzerine düşünmek eğlenceliydi. Fakat bu araştırmanın ciddi bir yanı da var: Neden ve sonuç arasındaki ilişkiyi anlamak. Bu, fizikte birleştirici bir kuram oluşturma çabalarının ana öğelerinden bir tanesi. Eğer, kuramsal olarak bile olsa, sınırsız Zaman yolculuğu mümkün ise, böyle bir birleşik kuramın yapısı bundan büyük oranda etkilenecek demektir.
Zamana ilişkin en iyi kavrayışımız, Einstein’ in görelilik kuramları sayesindedir. Bu kuramların öncesinde zaman kesin ve evrensel; fiziksel koşulları ne olursa olsun herkes için aynı kabul ediliyordu. Einstein, özel görelilik kuramında iki olay arasında ölçülen zaman aralığının gözlemcinin nasıl hareket ettiğine bağlı olacağını söyler. Temel olarak, farklı şekillerde hareket eden iki gözlemci, aynı iki olay arasında farklı zaman aralıkları deneyimleyeceklerdir.

Bu etki genellikle “ikizler açmazı” kullanılarak açıklanır. Sally ve Sam’in ikiz olduklarını düşünün. Sam evde otururken Sally bir rokete biner, yüksek bir hızda yakındaki bir yıldıza gider, sonra dönüp dünyaya geri gelir. Sally için yolculuğun süresi sözgelimi bir yıl olabilir; fakat geri dönüp de uzay aracından indiği zaman, dünyada 10 yıl geçmiş olduğunu görür. Artık kardeşi ondan 9 yaş daha yaşlıdır. Sally ve Sam, aynı günde doğmuş olmalarına karşın artık aynı yaşta değildirler. Bu örnek zaman  yolculuğunun sınırlı bir çeşidini göstermekte. Sonuçta Sally dünyanın geleceğine doğru 9 yıllık bir sıçrama yapmış oldu.

Jet Lag

Zaman genleşmesi olarak bilinen etki, iki gözlemcinin birbirlerine göre hareket etmeleri durumunda meydana gelir. Günlük yaşantımızda bu tuhaf  zaman  çarpılmalarını gözlemleyemeyiz, çünkü bu etki ancak, hareketin ışık hızına yakın hızlarda olması sırasında belirgin hale gelir. Uçakların ulaştığı hızlarda bile, tipik bir yolculukta meydana gelen zaman genleşmesi birkaç nanosaniye kadardır. Bununla birlikte atom saatleri bu kaymayı kaydedecek kadar hassastırlar ve hareket sonucunda zamanın gerçekten de uzadığını onaylarlar. Dolayısıyla geleceğe yolculuk, şimdilik nispeten heyecan vermekten uzak miktarlarda da olsa, kanıtlanmış bir gerçektir.

Gerçekten gözle görülür zaman çarpılmalarını gözlemleyebilmek için, günlük deneyimler dünyasının ötelerine bakmak gerekir. Atomaltı parçacıklar, büyük hızlandırıcı cihazlarla neredeyse ışık hızına yakın hızlara ulaştırılabiliyorlar. Bu parçacıklardan muonlar gibi bazıları belli bir yarılanma ömrü ile bozunduklarından içsel bir saate sahiptirler. Einstein’in görelilik kuramına uygun olarak, hızlandırıcılar içinde yüksek hızlarda hareket eden muonlar, sanki ağır çekimde bozunuyormuş gibi gözlemlenirler. Bazı kozmik ışınlar da şaşırtıcı zaman çarpılmalarına maruz kalırlar. Bu parçacıklar ışık hızına o kadar yakın seyrederler ki, onlar açısından bakıldığında, dünya zamanına göre on binlerce yıl gibi gözükmesine rağmen, dakikalar içinde galaksiyi kat ederler. Eğer zaman genişlemesi olmasaydı, bu parçacıklar buraya hiçbir  zaman varamazlardı.

Hız, zamanda ileri sıçramanın bir yoludur. Kütle çekimi ise bir diğer yolu. Einstein genel görelik kuramında kütle çekiminin zamın yavaşlatacağı öngörüsünde bulunmuştu. Saatler tavan arasında, dünyanın merkezine daha yakın olan ve dolayısıyla daha derin bir kütle çekim alanı içinde bulunan bodrum katına göre birazcık daha hızlı çalışırlar. Benzer şekilde, uzaydaki saatler, yerdekilere göre daha hızlı çalışırlar. Yine bu etki de çok küçüktür. Fakat, hassas saatler yardımıyla doğrudan ölçülmüştür. Hatta bu zaman çarpıtma etkileri Küresel Konumlandırma Sistemleri’nde dikkate alınmak zorundadır. Eğer dikkate alınmazsa, gemiciler, taksi sürücüleri ve uzun menzilli füzeler kendilerini rotalarından kilometrelerce sapmış halde bulabilirler.

Bir nötron yıldızının yüzeyinde kütle çekimi öyle güçlüdür ki, zaman burada, dünyaya göre yaklaşık yüzde 30 daha yavaş akar. Böyle bir yıldızdan bakıldığında buradaki olaylar hızlı biçimde ileri sarılan bir filmin görüntüsüne benzer. Bir kara delik ise  zaman çarpıklığının en uç noktasını temsil eder. Deliğin yüzeyinde zaman, dünyaya göre durmuş haldedir. Yani bir kenarından kara deliğe düşecek olursanız, sizi yüzeyine doğru çektiği o kısa süre içerisinde evren tüm sonsuzluğunu yaşar ve bitirir. Dolayısıyla kara deliğin içindeki bölge, dışarıdaki evren söz konusu olduğu sürece, zamanın sonunun da ötesindedir. Eğer bir astronot bir kara deliğin çok yakınına yaklaşıp parçalanmadan geri dönebilirse- ki bu çok uzak bir olasılıktır- geleceğe oldukça uzun bir sıçrama gerçekleştirebilir.

Başım Dönüyor…

Şimdiye kadar zamanda ileri gitmekten bahsettik. Peki ya geriye doğru seyahat? Bu konu çok daha sorunlu. 1945 yılında Princeton’daki ileri çalışma enstitüsünde bulunan Kurt Gödel, Einstein’ in kütle çekim alanı denklemlerinden, dönen bir evren tanımı ortaya koyan bir çözüm çıkartır. Bu evrende bir astronot, kendi geçmişine ulaşacak şekilde uzayda seyahat edebilmekteydi. Bu durum, kütle çekiminin ışığı etkileme şeklinde kaynaklanıyordu. Dönen evren ışığı (ve dolayısıyla nesneler arasındaki nedensel ilişkileri) sürükleyecek, maddesel bir nesnenin uzayda ve zamanda kapalı bir döngü içinde, herhangi bir devrede yakın çevresindeki ışık hızını aşmaksızın dönmesine izin verir. Gödel’in çözümü matematiksel bir merak olarak bir kenara bırakıldı; sonuçta, evrenin bir bütün olarak döndüğünü gösteren bir kanıt yoktu. Fakat bulduğu çözüm bir taraftan da, zamanda geri gitmenin, görelilik kuramı tarafından yasaklanmadığını da ortaya koymuştur. Zira Einstein de bu kuramın bazı durumlarda geçmişe yolculuğa izin verebileceği düşüncesiyle başının dertte olduğunu itiraf etmişti.

Geçmişe yolculuk için başka senaryolar da bulundu, örneğin 1974 yılında Tulane Üniversitesi’nden Frank J. Tipler, kocaman ve sonlu uzunluğa sahip bir silindirin kendi ekseni etrafında ışık hızıyla dönmesinin, yine ışığı bir ilmek gibi kendi etrafına çekerek, astronotların kendi geçmişlerini ziyaret etmelerini sağlayabileceğini hesaplamıştır. 1991’ de ise Princeton Üniversitesi’nden J. Richard Gott, evren bilimcilerinin Büyük Patlamanın erken dönemlerinde yaratılan yapılar olarak bildikleri kozmik sicimlerin de benzer sonuçlar verebileceğini öngörmüştü. Fakat 1980’lerin ortalarında, “solucan deliği” kavramı temel alınarak, bir zaman makinesi için en gerçekçi senaryo ortaya çıktı.

Bilim kurguda solucan delikleri kimi  zaman yıldız geçitleri olarak adlandırılırlar. Bunlar sayesinde, uzayda birbirinden çok uzak noktalar arasında kestirme bir geçiş yapılabilir. Hipotetik bir solucan deliğinden atladığınızda, galaksinin diğer bir yanına bir an içinde ulaşmak mümkündür. Solucan delikleri, kütle çekiminin sadece zamanı değil uzayı da çarpıttığını gösteren genel görelilik kuramına doğal olarak uygundurlar. Kuram, uzaydaki iki noktayı birbirine bağlayan alternatif yol ve tünel geçişlerine benzer yapılanmalara izin verir. Bir tepenin altından geçen bir tünelin, tepe yüzeyini izleyen yoldan daha kısa olabilmesi gibi, bir solucan deliği de bildiğimiz uzaydaki normal bir güzergâhtan daha kısa olabilir.

Solucan deliği bir bilim-kurgu aygıtı olarak 1985 yılında yayınlanan “Contact” adlı romanında Carl Sagon tarafından kullanıldı. Sagon’ın da vurguladığı gibi Kaliforniya Teknoloji Enstitüsünden Kip S. Thorne ve arkadaşları, solucan deliklerinin bilinen fizikte uyumlu olup olmadığını bulmak üzere yola çıkmışlardı. Başlangıç noktaları, bir solucan deliğinin korkunç bir kütle çekimine sahip olması açısından bir karadeliğe benzemesi gerektiği düşüncesidir. Fakat hiçliğe doğru tek yönlü bir yolculuk sunan karadelikten farklı olarak, solucan deliklerinin girişleri gibi çıkışları da olmalıydı.

Döngünün İçinde

Bir solucan deliğinin içinden geçilebilir özellikte olabilmesi için Thorne’ un “ekzotik madde” dediği şeye sahip olması gerekir. Bunun görevi, çok büyük kütleli bir sistemin kendi yoğun ağırlığı altında bir kara deliğe çökmesi yönündeki doğal eğilimle mücadele edecek bir karşıt kütle çekimi üretmektir. Karşıt kütle çekimi veya kütle çekim itmesi, negatif enerji veya basınçla üretilebilir. Negatif enerji durumlarının bazı Kuantum sistemlerinde mevcut olduğu bilinmektedir ki, bu durum, yeterli miktarda karşıt kütle çekimi malzemesinin bir araya toplanıp toplanamayacağı pek açık olmasa da, Thorne’ un ekzotik maddesinin fizik kurallarınca yasaklanmadığını düşündürmektedir. (Bkz. “Negative Energy Wormholes and Warp Drive”, Lawrence H. Ford ve Thomas A. Ramon: Scientific American, Ocak 2000).

Daha sonra Thorne ve meslektaşları, kararlı bir solucan deliği oluşturulabilmesi halinde, bunun bir  zaman makinesine de dönüştürülebileceğini fark ettiler. Bunların birinden geçen bir astronot sadece evrende başka bir yere değil, geçmişte veya gelecekte herhangi bir zamana da çıkabilirdi.

Solucan deliğini  zaman yolculuğuna uygun hale getirmek için ağızlarından bir tanesi nötron yıldızına bağlanıp, yüzeyine yakın bir şekilde konumlandırılabilirdi. Yıldızın kütle çekimi, solucan deliğinin ağzının yakınlarındaki zamanı, solucan deliğinin uçları arasındaki  zaman farkının gittikçe artmasını sağlayacak şekilde yavaşlatacaktır. Daha sonra her iki uç da uzayda uygun yerlere yerleştirildiğinde bu  zaman farkı aynen korunacaktır.

Bu  zaman farkının 10 yıl olduğunu varsayalım. Bu deliği bir yönde geçen bir astronot geleceğe doğru 10 yıllık bir sıçrama yaparken, ters yönde geçen bir astronot geçmişe doğru 10 yıllık bir sıçrayış gerçekleştirecektir. Normal uzay üzerinden yüksek bir hızla başlangıç noktasına dönen ikinci astronot, “henüz ayrılmadan önce evine dönmüş” olacaktır. Diğer bir deyişle, uzaydaki kapalı bir ilmek aynı şekilde zamanda da kapalı bir ilmek haline gelebilir. Bunun kısıtlamalarından biri, astronotun, solucan deliğinin henüz yapılmamış olduğu bir geçmiş zaman dilimine gidememesidir.

Solucan deliğinden bir zaman makinesi yapma konusunda aşılması en zor sorunlardan birisi, öncelikle solucan deliğinin nasıl yapılacağıdır. Muhtemelen uzay, Büyük Patlama’nın kalıntıları olan bu tip yapılarla doğal olarak örülü durumdadır. Eğer öyleyse, üstün bir uygarlık bunlardan bir tanesine hükmedebilir. Veya solucan delikleri Planck uzunluğu denen ve bir atom çekirdeğinin 1020’de biri kadar minicik ölçeklerde doğal olarak meydana çıkıyor olabilirler. Prensipte böyle minik bir solucan deliği bir enerji itimiyle kararlı hale getirilip, bir şekilde kullanılabilir boyutlara genişletilebilir.

Sansürlü !

Mühendislik sorunlarının çözüldüğünü kabul edersek, bir zaman makinesinin üretilmesi, nedensel açmazlarla dolu bir Pandora Kutusu’nun açılmasına neden olabilir. Geçmişe gidip kendi annesini henüz genç bir kızken öldüren zaman yolcusunun durumunu düşünelim. Buna nasıl anlam verebiliriz ? Eğer kız ölürse, gelecekte zaman gezginin annesi olamayacaktır. Öte yandan zaman yolcusunun doğumu gerçekleşmezse, geri dönüp annesini de öldüremez.

Bu çeşit açmazlar, zaman gezgininin geçmişi değiştirmeye kalkıştığı imkânsızlığı aşikâr durumlar da ortaya çıkar. Fakat bunlar, bir kişinin geçmişin bir parçası olmasını da engellemez. Sözgelimi zaman gezgini geçmişe gider, genç bir kızı ölümden kurtarır ve bu kız da büyüdüğünde onun annesi olur. Nedensel döngü şimdi tutarlıdır ve artık açmazlara neden olmaz. Nedensel tutarlılık, bir  zaman gezgininin neler yapabileceği konusunda bazı kısıtlamalar getirebilir. Fakat, zaman yolculuğunu hepten yasaklamaz.

Zaman yolculuğu tamamen açmazlarla dolu olmasa da, oldukça acayip olacağı kesin. Bir yıl ileriye sıçrayıp Scientific American’ın ileriki bir sayısındaki bir matematik teoremini okuyan bir  zaman yolcusu düşünün. Ayrıntıları not alsın, kendi zamanına dönsün, bir öğrenciye bu teoremi anlatsın ve öğrenci de bunu Scientific American’ a yazsın. Çıkan makale elbette zaman yolcusunun okuduğu makalenin ta kendisidir. Dolayısıyla karşımıza bir soru çıkıyor: Teoreme ilişkin bilgi nereden geldi ? Gezginimizden değil, çünkü o sadece bir yerde okudu; öğrenciden de değil, çünkü o da bunu gezginimizden öğrenmişti. Dolayısıyla bilgi, mantıksız bir şekilde hiçbir yerden gelip var olmuş gibi gözüküyor!

Zaman  yolculuğuyla ilgili garip sonuçlar bazı bilimcileri, bu fikri tamamen reddetmeye itiyor. Cambridge Üniversitesi’nden Stephen W. Hawking, nedensel döngüleri devre dışı bırakacak bir “tarihsel sırayı koruma varsayımı” öneriyor. Görelilik kuramı nedensel döngülerin oluşmasına izin verdiğinden tarihsel sıranın korunması, geçmişe yolculuğu engelleyecek bir başka etmenin ise karışmasını gerektirmekte. Peki bu etmen ne olabilir ? Bir öneriye göre durumu kurtaran, kuantum süreçleri olabilir. Bir zaman makinesinin varlığı, parçacıkların kendi geçmişleri ile döngüsel ilişkilere girmesini mümkün kılacaktır. Hesaplamalardan edinilen ip uçlarına göre, meydana gelecek karışıklık, kendi kendini besleyerek, solucan deliğinin dağılmasına yol açacak bir enerji kaçağına neden olabilir.

Tarihsel sıra koruması halen bir varsayımdan ibarettir ve Zaman  yolculuğu da halen bir ihtimal olarak durmakta. Konunun nihai çözümü, sicim kuramı veya onun bir uzantısı olan M-kuramı gibi bir kuram aracılığıyla, Kuantum mekaniği ile kütle çekiminin başarılı bir birleşiminin ortaya konmasını beklemek zorunda olabilir. Hatta gelecek nesil parçacık hızlandırıcılarının yakındaki parçacıkları kısa ömürlü nedensel döngülere sokabilecek kadar uzun ömürlü atom altı solucan delikleri oluşturabilmeleri de mümkün gözüküyor. Bu olay Wells’in Zaman Makinesi hayali yanında çok cılız bir çaba olarak kalsa da, fiziksel gerçeklik görüşümüzü ebediyen değiştirecektir.

Kaynak:
Scientific American (Eylül 2002)
https://www.sciam.com/article.cfm?colID=1&articleID=0004226A-F77D-1D4A-90FB809EC5880000

Çeviren:
Sinan Canan