Zaman kavramının tam olarak anlaşılması özellikle fizik biliminde pozitif anlamda çok büyük gelişmelere yol açmıştır.
Zaman kavramını hayatımızın her noktasında kullanırız. Güneşin doğması ve batması (gündüz-gece) olayı insanoğlunun ezelden beri aşina olduğu bir şey olduğundan pratik hayatta kullandığı birçok olguyu bu kavram doğrultusunda sıralamasını sağladı. Mesela, sabah kalkıp işe gitmek ya da akşam arkadaşlarla sinemaya gitmek gibi.
Gündüz-gece döngüsünün zaman kavramının ilk tohumu olduğunu söyleyebiliriz. İnsanoğlu çok özel durumlarla karşılaşmış ve o an yaşadıkları zamanı veya daha önce yaptıklarını ya da daha sonra yapacaklarını zaman kavramı ile tanımlamak ihtiyacı hissetmiştir. Böyle bir anlayış yaratmak için herkese göre sabit bir zaman boyutu tayin etmek gerekmektedir. 1960 yılından önce zaman standardı “ortalama güneş günü” olarak hesaplanıyordu. Ama bu kavram gelişen teknoloji karşısında yetersiz kalmış, günden güne büyük adımlarla ilerleyen teknolojik gelişme karşısında duyarlılığını yitirmiştir.
Yeni bir zaman kavramı gerekliydi ve 1967 yılında bunun için yeni bir sabit zaman ölçer oluşturuldu. Bu sabit zaman ölçer Atom saati idi. Bu ölçüye göre sezyum atomunun 9192631770 defa titreştiği süreye 1 saniye denildi. Çok kesin ve net gibi görünen bu tanım günümüzde gelişen teknoloji karşısında tekrar yetersiz kalmaktadır. Mesela nano teknoloji alanında özellikle bu yetersizlik kendini hissettirmektedir.
Modern fizikte zaman kavramının önemi Albert Einstein ile birlikte ortaya çıktı. Einstein’dan önce Newton fiziği uzay-zamanı ayrı ele alarak zamanı evrenin her noktası için mutlak kabul etmiş ve zamanın tüm hesaplama sistemlerinden bağımsız olduğunu söylemekteydi. Einstein bu kavramın yanlış olabileceğini daha ilk zamanlarda düşünüyordu. Işık hızı ve zaman arasında bir kopma noktası olabileceğini düşünen Einstein bu düşüncesini bazı örneklerle desteklemeye çalıştı. Örneğin, bir saat kulesinin yakınlarında olduğunu tasavvur eden Einstein saat kulesinin tam 12’yi gösterdiğini düşünüyor. O saat kulesinin Einstein’a saatin tam 12 olduğunu göstermesi ışık ışınlarının önce saat kulesine ve oradan da Einstein’ın gözlerine ulaşması demektir. Ama burada bir gariplik vardı, Einstein ışık ışınları tam saat kulesinde olduğu zaman onun gözlerine gelirken kat ettiği yolda dahil olmak üzere bütün bir zaman aralığında hep aynı bilgiyi taşıdığını (saatin 12 olduğu bilgisi) görmüştür ve ışık ışınları için zamanın durduğunu anlamıştı. Einstein “eğer o ışık ışınının üzerinde yolculuk yapsaydım dünyayı nasıl görürdüm” diye düşünür ve bu düşüncesinin yıllar sonra yaratacağı özel görelilik teorisinin temeli olduğu bariz şekilde ortadadır.
Einstein özel görelilik teorisinde kısaca evrende ivmeli hareket eden hiçbir cismin ışık hızına ulaşamayacağını söyler. Einstein bu durumu şöyle anlatıyor: İzafiyet teorisine uygun olarak m kütleli bir cismin kinetik enerjisi cisim ışık hızına yaklaştıkça sonsuza yaklaşır. Bu nedenle cisme hızlansın diye aktarılan enerji ne kadar büyük olsa da hız her zaman hızı ışık hızından küçük olmalıdır. Yani yeterli güçte bir roket üretimi yaptığımızı düşünürsek, roketin hızı ışık hızına çok yaklaşsa bile hızı arttırmakta ısrar ettiğimiz takdirde verdiğimiz enerji sürekli olarak kütleye dönüşecektir. Başka bir deyişle, kütlesi olan hiçbir şey ışık hızında hareket edemez. Ayrıca fotonların ışık hızında hareket etmeleri onlar için zamanın olmadığı anlamına geliyor, yani sıfır zamanda hareket ederler.
İzafiyet teorisi ile birlikte zamanın göreceli bir kavram olduğu ortaya çıkmış ve yeni bir bilimin (modern fizik) kapısı açılmış oldu. Einstein’ın 1905 yılında ileri sürdüğü özel göreliliğin postulatları şöyledir:
1.Fizik yasaları tüm eylemsiz referans sistemlerinde aynıdır.
2.Işık hızı, gözlemcinin veya ışık kaynağının hızından bağımsız olarak, tüm eylemsiz referans sistemlerinde eşit değerdedir.
Bu kabullerin yanlış olduğunu gösteren bir bulguya henüz rastlanmamıştır. Özel görelilik kuramı; ışık ile ilgili bir kuram değildir. Uzay ve zaman ile ilgili bir kuramdır. Daha açık bir ifadeyle, görelilik kuramı, uzay ve zamanın farklı eylemsiz gözlem çerçevelerine göre nasıl algılandığıyla ilgilenir.
Şimdi zamanın göreceliği kavramını en iyi şekilde sunan ve çok popüler bir örnek olmasına rağmen hala yanlış anlaşılan ikizler paradoksu’na Richard Qott’un özel anlatımıyla bakalım: Dünya ve Evren adlı ikizler bu paradoksun klasik örneğidir. Tahmin ettiğiniz gibi Dünya adlı kardeş Dünya’da kalıyor, Evren ise bir roketle ışık hızının % 80 ile Alfa Centauri yıldızına seyahat ediyor. Alfa Centauri Dünya’dan 4 ışık yılı uzaklıkta ve Evren’in oraya ulaşması 5 yıl gibi bir zaman gerektirecek. Evren’in saati Dünya’nın saatine göre 40% daha yavaş ilerler. Bu nedenle Evren bu yolculukta sadece 3 yıl yaşlanıyor. Dünya, Evren’in yıldıza gidişini 5 yıl olarak ölçer. Evren Alfa Centauri’ye ulaştığı anda yön değiştirir ve yine ışık hızının % 80 ile geri döner. Dönüş yolculuğu yine aynı şekilde Dünya’ya göre 5 yıl, Evrene göre de 3 yıl sürer. Sonuçta Evren Dünya’ya ulaştığı zaman kendisinin 6, Dünya’nın ise toplam 10 yıl yaşlandığını görür. Yani Evren Dünya zamanına göre 4 yıl ileri gitmiştir. İşte paradoks tam bu noktada ortaya çıkıyor.
Evren ışık hızının % 80 i hızla Alfa Centauri yıldızına doğru giderken roketin camından bakıp, aslında Dünya’nın ışık hızının% 80 hızıyla ondan uzaklaştığını ve kendisinin sabit kaldığını algılayabileceğini söyleyebiliriz. Bu düşüncedeki yanlış şudur, ikiz kardeşler aynı deneyimleri yaşamadılar. Yerde olan Dünya yön değiştirmeden sabit bir hızla hareket eden bir gözlemcidir. Yani Einstein’ın 1. Varsayımı olan “Fizik yasaları tüm eylemsiz referans sistemlerinde aynıdır.” İfadesi geçerlidir. Evren ise yön değiştirmeden sabit hızla hareket eden bir gözlemci değildir. Bu iki olay birbirine dönüştürülemez. Yani Dünya eylemsiz referans sistemidir. Oysa Evren’in içinde bulunduğu uzay aracı kalkış ve duruşlarda ivmeli hareket yaptığı için eylemli referans sistemi halindedir. Bu nedenle Evren’e göre yapılan hesaplamalar yanlış, eylemsiz referans sistemindeki Dünya’ya göre yapılan hesaplamalar ise doğrudur.
Burada da çok net bir şekilde görüldüğü üzere zaman göreceli bir kavramdır. Ama bu görece fizik kurallarını kesinlikle etkilemez. Fizik yasaları sahip oldukları simetri sayesinde her koşulda kesinliğini muhafaza ediyor. Eğer hız, zaman gibi kavramlardan bahsediyorsak anlam karışıklığına engel olmak için mutlaka bir referans noktası belirtmeliyiz. Kim bilir, belki de zaman kavramını daha ayrıntılı bir şekilde anlayabilmek, birçok akademisyenin ve bilim-kurgu yönetmenlerinin fantezisi olan geleceğe ve geçmişe yolculuğun mümkün olup olmadığını anlamamızı sağlar.
