ZAMANIN ÖLÇÜLMESİ

Zamanın ne olduğunun tanımlanması bir zorluk çıkarırken, onun ölçülmesi zorluk çıkarmaz. Bilimciler zamanın ne olduğunu açıklamaz, kendilerini zamanın ölçülmesi ile sınırlarlar. Bu iki kavramın birbirine karıştırılmasından sonu gelmez bir kafa karışıklığı ortaya çıkar. Bu yüzden, Feynman şöyle diyor: Belki de, zamanın (sözlük anlamında) tanımlayamayacağımız şeylerden biri olması gerçeğiyle yüzleşip, yalnızca, onun ne olduğunu zaten bildiğimiz bir şey olduğunu söylememiz en iyisidir: Zaman, ne kadar beklediğimizdir! Her halükârda sorun zamanı nasıl tanımlayacağımız değil, onu nasıl ölçeceğimizdir.

Zamanın ölçülmesi zorunlu olarak bir referans sistemini ve zamanla değişim gösteren herhangi bir olguyu gerektirir; örneğin dünyanın dönüşü ya da bir sarkacın salınımı. Dünyanın kendi ekseni etrafında günlük dönüşü bir zaman ölçeği sunar. Radyoaktif elementlerin bozunumu uzun zaman aralıklarını ölçmek için kullanılabilir. Zamanın ölçülmesi öznel bir unsur içerir. Mısırlılar gün ve geceyi on ikiye bölmüşlerdi. Sümerler 60’lık bir sayı sistemine sahiplerdi ve bu nedenle de saati 60 dakikaya ve dakikayı da 60 saniyeye böldüler. Metre, dünyanın kutuplarından ekvatora kadar olan uzaklığının 10 milyonda biri olarak tanımlanmıştı (her ne kadar bu tam olarak doğru olmasa da). Santimetre metrenin 100’de biridir, vesaire. Bu yüzyılın başında, atomaltı dünyanın araştırılması iki doğal ölçüm biriminin keşfedilmesine yol açtı: Işığın hızı c, ve Planck sabiti h. Bunlar doğrudan ne uzunluk, ne kütle ne de zamandır, her üçünün birliğidir.

Bir metrenin, Fransa’daki bir laboratuvarda saklanan bir çubuğun üstüne çizilen iki çentik arasındaki uzaklık olarak tanımlanmasında uluslararası bir anlaşma söz konusudur. Daha geçenlerde, bu tanımın hem kullanışlı olabilecek kadar kesin olmadığı hem de olması gerektiği kadar sürekli ya da evrensel olmadığı anlaşıldı. Bu günlerde yeni bir tanımın benimsenmesi düşünülmektedir; seçilmiş bir tayf çizgisinin üzerinde hemfikir olunmuş (keyfi) dalga boyları sayısı. Diğer taraftan, zamanın ölçülmesi, ele alınan cisimlerin ömrüne ve ölçeğine göre değişir.

Açıktır ki, zaman kavramı referans sistemine göre değişecektir. Dünyadaki bir yıl, Jüpiter’deki bir yılla aynı değildir. Zaman ve uzay düşüncesi de, insanoğlu ile tüm ömrü birkaç günden ibaret olan bir sivrisinek için ya da ömrü trilyonlarca saniye olan bir atomaltı parçacık için (şüphesiz böylesi varlıkların herhangi bir şey hakkında bir fikre sahip olabileceklerini kabul edersek) aynı değildir. Burada işaret ettiğimiz şey, zamanın farklı bağlamlarda anlaşılma tarzıdır. Eğer belli bir referans sistemini veri kabul edersek, zamanın görülme tarzı farklı olacaktır. Bu durum pratikte bile belli ölçülerde görülebilir. Örneğin zamanı ölçmenin normal yöntemleri, atomaltı parçacıkların ömürlerinin ölçülmesinde kullanılamaz, ya da “jeolojik zamanları” ölçmek için farklı ölçütler kullanılmalıdır.

Bu bakış açısından, zamanın göreli oluğu söylenebilir. Ölçme zorunlu olarak ilişkililiği içerir. İnsan düşüncesi özünde göreli olan birçok kavram barındırır, örneğin “büyük” ya da “küçük” gibi göreli büyüklükler. İnsan bir fille karşılaştırıldığında küçüktür, ama bir karıncaya göre büyüktür. Büyüklük ve küçüklük, kendilerinde, hiçbir anlam taşımazlar. Saniyenin milyonda biri, sıradan koşullarda, çok kısa bir zaman uzunluğu olarak görülür ama atomaltı düzeyde son derece uzun bir zamandır. Diğer uçta, milyon yıl, kozmolojik düzeyde son derece kısa bir zamandır.

Uzay, zaman ve hareket düşüncelerinin hepsi maddi âlemdeki değişimleri ve ilişkileri gözlemlememize dayanır. Ne var ki, zamanın ölçülmesi, farklı tipte meseleleri ele aldığımızda son derece değişir. Uzay ve zamanın ölçülmesi kaçınılmaz olarak, evrendeki olayların ilişkilendirilebileceği belli bir referans sistemine –dünya, güneş ya da herhangi bir başka durgun noktaya– göredir. Maddenin her türden farklı değişime maruz kaldığı bugün artık açıktır: farklı hızları içeren konum değişimi, farklı enerji düzeylerini içeren hal değişimi, doğum, bozunma ve ölüm, örgütlenme ve dağılma, ve diğer birçok dönüşümler, her biri zaman aracılığıyla ifade edilebilir ve ölçülebilir.

Einstein’da, uzay ve zaman yalıtık olgular olarak ele alınmaz ve gerçekten de bunları “kendinde şey” olarak ele almak mümkün değildir. Einstein’ın geliştirdiği görüşe göre, zaman, sistemin hareketine bağlıdır ve zaman aralıkları öyle değişir ki, verili sistemdeki ışık hızı harekete göre değişmez. Uzamsal ölçekler de değişime tabidir. Eski klasik Newtoncu teoriler, günlük amaçlarımız açısından ve hatta evrenin genel işleyişine ilişkin iyi bir yaklaşım olarak halen geçerliliklerini korurlar. Newton mekaniği halen yalnızca astronomiye değil, mühendislik gibi pratik bilimler de dahil olmak üzere bilimin çok çeşitli dallarına uygulanabilir. Düşük hızlarda, özel göreliliğin etkisi ihmâl edilebilir.
Meselâ saatte 250 mil hızla hareket eden bir uçağın davranışları incelenirken yapılan hata, yüzde birin on milyarda biri kadardır. Ne var ki, belli sınırların ötesinde Newton mekaniği çöker. Örneğin, parçacık hızlandırıcılarında karşımıza çıkan hızlarda, Einstein’ın kütlenin sabit olmadığı ve hıza bağlı olarak arttığı şeklindeki öngörülerini dikkate almamız gerekir.

Normal gündelik zaman ölçümü anlayışıyla, bazı atomaltı parçacıkların son derece kısa ömürleri yeterince ifade edilemezler. Meselâ, bir pi-mezon parçalanmadan önce saniyenin yalnızca 1016 da biri kadarlık bir ömre sahiptir. Benzer şekilde, nükleer bir titreşimin periyodu, ya da tuhaf bir rezonans parçacığının ömrü 10–24 saniyedir, yani yaklaşık olarak ışığın bir hidrojen atomunun çekirdeğini geçme süresi kadar. Burada başka bir ölçme ölçeği zorunludur. Çok kısa zamanlar, diyelim ki 10–12 saniye, bir elektron osiloskobuyla ölçülür. Daha da kısa zaman aralıkları lazer teknikleriyle ölçülebilirler. Ölçeğin diğer ucundaki çok uzun zaman aralıkları ise radyoaktif “saat” ile ölçülebilir. 

Bir bakıma, evrendeki her atom bir saattir, çünkü ışığı (yani elektromanyetik ışınları) yutar ve kesin olarak belli frekanslarla tekrar dışarı yayar. 1967’den beri, zamanın kabul edilmiş uluslararası resmi standardı atomik (sezyum) saate dayandırılmıştır. Bir saniye, Sezyum-133 atomlarının özel bir atomik yeniden düzenlenişleri sırasında yaydıkları mikrodalga radyasyonun 9.162.631.770 titreşimi olarak tanımlanır. Bu son derece kesin saat bile mutlak kusursuzlukta değildir. Yaklaşık olarak 80 farklı ülkedeki atomik saatlerden farklı ölçümler alınır ve en kararlı saatlerin lehine zamanı “ağırlıklandırarak” bir sonuca varılır. Bu yöntemlerle, bir günde saniyenin milyonda birine varan bir kesinlikle zaman ölçümüne ulaşmak mümkündür.

Günlük amaçlarımız bakımından, dünyanın dönüşüne ve güneş ve yıldızların görünen hareketine dayandırılan “normal” zaman tutma yeterlidir. Ancak modern ileri teknoloji alanındaki tüm bir dizi işlem açısından, meselâ gemilerdeki ve hava taşıtlarındaki belli radyo sefer yardımları açısından, bu yöntem yetersiz hale gelmekte ve ciddi hatalara yol açmaktadır. Bu düzeylerde görelilik etkileri kendini hissettirir. Deneyler göstermiştir ki, atomik saatler deniz seviyesinde, yerçekiminin daha zayıf olduğu yüksek irtifalardakinden daha yavaş çalışmaktadırlar. 30.000 feet yükseklikte uçan atomik saatler saatte bir saniyenin üç milyonda biri kadarlık bir süre ileri giderler. Bu da Einstein’ın öngörüsünü yüzde birlik bir hatayla doğrular