Demo v1.0

16 Temmuz 2024, Salı

Beta v1.0

Görelilik ve Ölümsüzlük Fiziği: Sonsuz Yaşam Mümkün mü?

Fiziksel evrende hiçbir şey sonsuza dek yaşamaz. Ancak görelilik, tek bir perspektiften her zamankinden daha fazla sonsuza yaklaşmamızı mümkün kılıyor.
Çeviren:
Özlem Kırtay
Kaynak:
Big Think

Fiziksel evrende hiçbir şey sonsuza dek yaşamaz. Ancak görelilik, tek bir perspektiften her zamankinden daha fazla sonsuza yaklaşmamızı mümkün kılıyor.

Bir solucan deliği, genel görelilik bağlamında, uzay zamandaki iki farklı, bağlantısız olay arasında anında ulaşımın gerçekleşebileceği tek yol olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu “köprüler” şu anda sadece matematiksel açıdan merak konusudur. Şimdiye kadar hiçbir fiziksel solucan deliğinin var olduğu ya da yaratıldığı tespit edilmemiştir ancak bir tanesi keşfedilmiş olsaydı, genel göreliliğin tahminlerini ve tüm alternatif rakiplerini hemen sınayacak imkana sahip olacaktık.

Temel Çıkarımlar

  • Kim, ve nerede olursanız olun ya da ne kadar hızlı seyahat ederseniz edin, zaman siz gözlemci için her zaman aynı hızda ilerleyecektir: her zaman ve her koşulda saniyede bir saniye hızında.
  • Kendinizi ışık hızına yakın bir hıza yükselttiğinizde evrenin geri kalanı için zaman sizin için olduğundan daha hızlı geçecek ve siz ölmeden önce tüm kozmik tarihin ortaya çıkışını gözlemleyebileceksiniz.
  • Foton haline gelmek ya da kütleçekimsel zaman genişlemesini deneyimlemek gibi birkaç numarayla sonsuza kadar dayanmak mümkün görünebilir, ancak bu tamamen bakış açısının getirdiği bir aldatmacadır. Sonunda, herkes zamanın kaçınılmaz geçişine yenik düşecektir.

Kendi deneyimsel bakış açınızdan, ölümsüzlüğe ulaşmayı umuyorsanız, fizik yasaları size karşı duruyor. Termodinamik bir yaklaşım açısından, her sistem artan entropi ve düzensizliğe doğru eğilim gösterir ve bununla mücadele edebilmenin tek yolu sürekli olarak harici bir enerji kaynağı girmektir; başka bir deyişle, bedeniniz ve zihniniz eninde sonunda bozulacaktır. Zamanı genişletmek ve geçişini yavaşlatmak için göreliliğin gücünden yararlanmaya çalışsanız bile bu sizin bireysel bakış açınızdan asla işe yaramayacaktır; zaman yalnızca sizin bakış açınızdan farklı bir kaynak çerçevesindeki bir gözlemciye göre genişler ya da yavaşlar.

Bu durum bir insanın ölümsüzlük hayalini teknolojik geliştirmelere ya da yeni fiziksel yasalara ya da olgulara dayanan bilimkurgu düzeyindeki teknolojilere dayanan çözümlerle sınırlasa bile göreliliğin sonsuza kadar yaşama konusunda söyleyeceği çok şey bulunmaktadır. En azından Evren’in geri kalanına göre böyledir. Bugün yaşayan insanların neredeyse tamamı, eğer Dünya’da kalmaya devam edecek olurlarsa, bir yüzyıl sonra kesinlikle ölmüş olacak olsalar dahi, hem özel hem de genel görelilikten alınan dersler bize Evrenimizde yaşayan canlılar olarak geçirebileceğimiz süreyi gerçekten en üst düzeye çıkarmak istediğimizde, çaba göstermemiz gereken birkaç fiziksel durum olduğunu öğretmektedir. İşte hepimizin anlaması gereken temel kavrayış.

Bu hareketli, zıplayan yıldız alanı, uzayda ışık hızına son derece yakın ultra rölativistik bir hareketi tasvir ediyor gibi görünmektedir. Görelilik yasalarına göre, maddeden ibaretseniz ne ışık hızına ulaşabilir ne de onu aşabilirsiniz. Yeterince büyük miktarda verimli bir yakıtınız varsa ona yaklaşabilirsiniz, ama yine de görelilik kurallarına uymanız gerekmektedir.

Göreliliğin temeli: Uzay-zaman

Her ne kadar normalde Einstein’ı Newton’dan beri var olan farklı uzay ve zaman fikirlerinin aşılmasında ve her ikisini de birbirine bağlayan dört boyutlu bir dokuya dair devrim niteliğindeki kavramın, uzay zamanın ortaya atılmasında göstersek de, bu kilit görüşü ortaya atan aslında Einstein değildi. 1905’in Einstein için önemli bir yıl olduğu doğrudur; özel göreliliğe temel oluşturan iki önemli kavrayış da bunların arasındadır:

  1. Fizik yasalarının değişmez olduğu ya da hızlanmayan tüm temel noktalarda değişmediği.
  2. Işığın boşluktaki hızı, c, tüm gözlemciler için kendi hareketlerinden ya da söz konusu ışık kaynağının hareketinden bağımsız olarak aynıdır.

Bu anlayışlar, Einstein’ın farklı gözlemciler tarafından deneyimlenen uzunluk daralması ve zaman genişlemesi olgusu ve ” eşzamanlılık” kavramının göreliliği de dahil olmak üzere özel göreliliği içeren çerçeveyi oluşturması için yeterli olsa da, uzay ve zamanı birbiriyle aynı zemine oturtması zorunlu değildi. Einstein’ın eski profesörü Hermann Minkowski, belki de ironik bir şekilde, uzay ve zamanı dört boyutlu tek bir varlığa, uzayzamana dönüştürerek eski öğrencisinin çalışmalarını geliştirdi.

Bir ışık konisi örneği, uzayzamandaki bir noktaya gelen ve bu noktadan ayrılan tüm olası ışık ışınlarının üç boyutlu yüzeyi. Uzayda ne kadar çok hareket ederseniz, zamanda o kadar az hareket edersiniz ve bunun tersi de geçerlidir. Yalnızca geçmiş ışık koniniz içinde yer alan şeyler bugün sizi etkileyebilir; yalnızca gelecek ışık koniniz içinde yer alan şeyler gelecekte sizin tarafınızdan algılanabilir. Bu, genel göreliliğin kıvrımlı uzayı yerine düz Minkowski uzayını göstermektedir. Gerçek Evrenimiz içinde, Büyük Patlama’dan bu yana yaratılan yıldızların ve yıldız sistemlerinin yalnızca %4’ü şu anda gözlemlenebilir durumdadır.

Minkowski’nin 44 yaşında akut bir apandisit vakası nedeniyle zamansız ölümünden bir yıldan kısa bir süre önce verdiği bir konferansta söylediği ünlü sözü şöyledir: “Önünüze koyduğum uzay ve zaman görüşleri deneysel fiziğin içinden çıkmıştır ve güçleri de burada yatmaktadır. Radikaldirler. Bundan böyle kendi başına uzay ve kendi başına zaman, sadece gölgeler halinde kaybolmaya mahkumdur ve sadece ikisinin bir tür birleşimi bağımsız bir gerçekliği koruyacaktır.”

Minkowski’nin olağanüstü farkındalığı, ne zamanın ne de uzayın göreli dönüşümler altında değişmez (yani değişmeyen) olmasına karşılık, değişmeyen bir niceliğin var olduğudur: uzayzaman aralığı ya da Minkowski’nin deyimiyle “Einstein aralığı”. Uzay ve zaman içindeki hareketimiz ayrı ayrı hiç hareket olmamasından ışık hızına kadar herhangi bir değer alabilirken, zaman içindeki hareketimiz (kare) ile uzay içindeki hareketimiz (kare) arasındaki farkın her zaman aynı kalacağını göstermektedir. Bu önemli farkındalık, uzayzamanın dikkate alınması gereken en önemli fiziksel nicelik olarak formüle edilmesine yol açtı ve yıllar sonra bile öyle kalacaktı: yani kütleçekimi işin içine girdikten sonra.

Farklı gözlemciler, olayların meydana gelişiyle ilgili olarak farklı zamanları ve farklı uzamsal konumları işaretleyecektir. Bununla birlikte, tüm gözlem çerçevelerindeki her gözlemci için, uzay-zaman aralığı (ya da Minkowski’nin adlandırdığı şekliyle Einstein aralığı) olarak bilinen nicelik değişmez kalacaktır.

Düz ve eğri uzay-zaman içindeki zaman

Özel görelilik bize zaman hakkında çok önemli bir şey öğretti: Hareketsiz kalan bir gözlemciye göre, bir roket uçağına binen ve ışık hızına yakın bir hızda seyahat eden biri, yola çıkan ve hareketsiz kalan gözlemciye döndüğünde, uzayda çok daha büyük bir mesafe katettiğini ve zaman içinde çok daha küçük miktarda seyahat ettiğini keşfedecektir.

Bu, Einstein’ın (ve Minkowski’nin) bize öğretmiş olduğu her şeyle uyuşmaktadır ve en ünlü örneği ikiz paradoksu olarak bilinen, ışık hızına yaklaşan (ve aynı zamanda referans çerçevesini değiştiren) ikizin zamanın geçişini evde kalan ikizden daha yavaş deneyimlemesidir.

Görelilik sadece düz ve boş bir Evren’in özel durumu olarak değerlendirilmeyip, madde ve enerjiyle dolu, bir araya toplanmış büyük kütleli madde kaynaklarını da içeren daha gerçekçi bir Evren’in durumu olarak ele alındığında, uzayzamanın genelleştirilmesi gerekecekti. Minkowski’nin önerdiği basit, düz uzay-zaman yerine, tamamen yeni bir teorinin yaratılması gerekiyordu:

  • Uzay ve zamanın birlikte dokunduğu ve hala benzer bir değişmez aralık içeren bir kumaş
  • uzayzamanın kendisinin, içindeki tüm madde ve enerjinin varlığı ve dağılımı nedeniyle bükülmesine (ve evrimleşmesine) izin verildiği yer.
Dünya’nın Güneş etrafındaki kütleçekimsel davranışı görünmez bir kütleçekimsel çekimden kaynaklanmaz, ancak Dünya’nın Güneş’in yön verdiği kavisli uzayda serbestçe düşüşüyle daha iyi tanımlanır. İki nokta arasındaki en kısa mesafe düz bir çizgi değil, bir jeodezik yani uzayzamanın kütleçekimsel deformasyonuyla tanımlanan eğri bir çizgidir. “Mesafe” ve “zaman” kavramları her gözlemci için benzersizdir, ancak Einstein’ın tanımına göre, tüm referans çerçeveleri eşit derecede geçerlidir ve “uzay-zaman aralığı” değişmez bir nicelik olarak kalır.

Uzayın içinde ne kadar hızlı hareket ederseniz, hareketsiz kalan birine göre zamanın geçişini o kadar az hızlı deneyimlersiniz, ancak bu kez bir değişiklik söz konusudur. Bulunduğunuz uzay ne kadar şiddetli bir şekilde eğrilirse, zamanın geçişi de aynı şekilde “biri artar, diğeri azalır” tarzında o kadar şiddetli bir şekilde eğrilir. Bu nedenle zaman, bulunduğunuz yüksekliğe bağlı olarak farklı oranlarda geçer ve bu nedenle başınız (Dünya’nın merkezinden daha uzakta ve uzay-zaman eğriliğinin biraz daha az olduğu bir bölgede) ayaklarınıza kıyasla daha hızlı yaşlanır.

Güneş Sistemimizdeki en büyük kütleye (Güneş) diğer tüm cisimlerden daha fazla yaklaşan Parker Solar Probe, kütleçekimsel zaman genişlemesi söz konusu olduğunda şu anda Dünya’ya göre en eş zamansız cisimdir. Özel göreliliğin genelleştirilmiş versiyonu olan ve kütleçekimini de içeren genel görelilikten alınan dersler ise Güneş Sistemimizin çok ötesine geçmektedir. Bu bize, bir nesne ne kadar yoğunsa ve ona ne kadar yaklaşırsak, uzay ve zaman eğriliğinin o kadar fazla ve şiddetli olduğunu öğretmektedir. En uç senaryoda, bir kara deliğin olay ufkunun hemen dışında, dış Evren’in geri kalanı normal şekilde yaşlanmaya devam ederken, pratikte zaman sizin için geçmeyecektir.

Uzayzamanın eğrilme ve bozulma miktarı, nesnenin kenarına yakın olduğunuzda söz konusu nesnenin ne kadar yoğun olduğuna bağlı olsa da, nesnenin boyutu ve kapladığı hacim, kütlenin kendisinden uzakta önemli değildir. Bir kara delik, nötron yıldızı, beyaz cüce veya Güneşimiz gibi bir yıldız için uzaysal eğrilik yeterince büyük yarıçaplarda aynıdır. Diğer taraftan, bir kara deliğin olay ufkuna yakın yerlerde, diğer her yerden daha şiddetli eğrilikler elde edilir. Tüm bu kaynaklardan uzakta, uzayzaman teorik olarak düzdür, ancak ne tamamen düz ne de gerçekten boştur.

Ölümsüzlük Fiziği 

Bu durum, kozmik zamanın geçişi söz konusu olduğunda, tek bir normal, güçlendirilmemiş insan ömrü içinde Evrenin uzak geleceğini deneyimlemek için iki farklı gerçekçi yol oluşturmaktadır.

  1. Işık hızına mümkün olduğunca yaklaşmaya çalışabilirsiniz ancak o çok bilinen hız sınırı olan c’ye ne kadar yaklaşırsanız, zamanı deneyimleme şekliniz ile hareketsiz kalan bir gözlemcinin zamanı deneyimleme şekli arasındaki farkın o kadar büyük olacağı bilincindesinizdir.
  2. Uzay-zaman eğriliğinin en güçlü olduğu kütleçekimsel bir alana, “dönüşü olmayan noktayı” (yani olay ufkunu) geçmeden mümkün olduğunca derine inmeye çalışabilirsiniz ve orada ne kadar uzun süre kalırsanız, sizin zamanı nasıl deneyimlediğiniz ile maruz kaldığınız yerçekimsel etkinin dışındaki birinin zamanı nasıl deneyimleyeceği arasındaki fark o kadar büyük olacaktır.

Bunlardan ilki yalnızca özel göreliliğe dayanır ve oldukça basit bir şekilde gösterilebilir: “1g” dediğimiz hızda ya da Dünya yüzeyindeki yerçekiminin sağladığı ivmede sürekli olarak hızlanabilen bir roket gemisine bindiğinizi hayal ederek: 9.8 m/s². Hızınız arttıkça, zamanın sizin için herhangi bir dış gözlemci için olduğu gibi neredeyse aynı hızda geçtiğini ve ışık hızına yaklaştığınızı, ancak hiçbir zaman tam olarak ulaşamadığınızı göreceksiniz.

Hepsi aynı hesaplamanın parçası olan ancak farklı zaman ölçeklerinde gösterilen bu dört grafik, “1 g” hızında ya da Dünya’daki yerçekimi ivmesinde hızlanmanın, Dünya’daki sabit bir gözlemciye göre hızınızın artmasına ve (sonunda) ışık hızına yaklaşmanıza nasıl yardımcı olacağını göstermektedir.

Işığın hızına yaklaştıkça ve göreceli etkiler geleneksel Newton etkilerine karşı baskın gelmeye başladığında, tüm kozmik gelecek yanınızdan geçip gitmeye başlar. Yaklaşık 10 yıl boyunca 1 g hızında ilerledikten sonra, bulunduğunuz ortama göre ışık hızına inanılmaz derecede yaklaştığınızı göreceksiniz: 299,792,457 m/s hızla, yani ışık hızının sadece 1 m/s kadar altında ilerliyor olacaksınız. Roket geminiz 10 ışık yılından fazla (ancak 15’ten az) yol kat etmiş olacak, ancak Dünya’daki biri 20 yıldan fazla zaman geçtiğini deneyimlemiş olacaktır. Bu fark, özellikle yüksek hızlarda hızlanmaya devam ettikçe daha da artar.

30 yıl sonra binlerce ışık yılı yol kat etmiş olacaksınız ve Dünya’daki biri yaklaşık 10.000 yıl yaşlanmış olacaktır.

50 yıl sonra, siz yüz binlerce ışık yılı yol kat etmiş olacaksınız ve Dünya’daki biri milyonlarca yıl yaşlanmış hale gelmiş olacak.

Yüz yıl sonra, o kadar uzun yaşadığınızı varsayarsak (bu mümkün!), yüz milyarlarca ışık yılı (gözlemlenebilir Evren’den daha büyük) seyahat etmiş olacaksınız, oysa (şimdi yok edilmiş olan) Dünya’daki bir gözlemci için yüz milyarlarca hatta trilyonlarca yıl (Evren’in şu anki yaşından daha uzun) geçmiş demektir.

Bir uzay gemisine binseniz ve yolculuk boyunca 1g (Dünya’nın ivmesi) ile hızlansanız, sadece birkaç yıl hızlandıktan sonra neredeyse ışık hızında seyahat edebilirsiniz. Hızınızı ışık hızına yaklaştırdıkça, zaman genişlemesinin etkileri giderek daha şiddetli hale gelecektir.

Diğer yandan, ışık hızına mümkün olduğunca yakın seyahat etme yoluna gitmek istemiyorsanız, belki de bunun nedeni şunlar olabilir:

  1. Fizik öğrendiniz ve böyle bir ivmeyi devam ettirmek için son derece büyük bir enerjiye ihtiyaç olduğunu anladınız.
  2. Fizik öğrendiniz ve roketlerin gelecekteki yakıt kullanımını ve yükün kütlesini nasıl hızlandırması gerektiğini biliyorsunuz.
  3. Fizik öğrendiniz ve toz taneleri, dağınık atomlar hatta Büyük Patlama’dan kalan radyasyon da dahil olmak üzere yıldızlararası/galaksiler arası maddenin seyahat ederken sizi nasıl “durduracağını” anladınız.

Peki ya bir kara deliğin yamacına girsek?

Keşfedilecek başka bir fiziksel seçenek daha var o da bir kara deliğin yakınına girmek. Bir kara deliğin potansiyel kuyusunda ne kadar derine inilirse, ki bu ister kara deliğiniz dönüşsüz olsun, ister yavaş dönsün, isterse de neredeyse ışık hızında dönsün geçerlidir, olay ufkuna o kadar yaklaşılır ve uzayzamanın o kadar şiddetli bir şekilde büküldüğü görülür. Artan şiddetteki bu eğrilik bölgelerine girdiğinizde, kendiniz için herhangi bir değişiklik deneyimlemeyeceksiniz; zaman hala normal olarak geçiyor gibi görünecek ve deneyimleyeceğiniz tek fiziksel değişiklik iki yönlü olacaktır:

  1. Sanki uzay sizi merkezi tekilliğe doğru “içeriye doğru sürüklüyor” gibi olacak ve bu itme gücüyle baş etmek için roket motorlarınızı giderek artan bir güçle ateşlemeniz gerekecektir.
  2. Üzerinizde etkili olan kütleçekimsel gelgit kuvvetleri de, yani her parçanızı aynı, tekil noktaya çeken “parçalama” kuvveti artacaktır.
Bir kara deliğin çevresindeki uzayı nasıl görselleştirmek istediğinize bağlı olarak uzay ya hareketli bir geçit ya da bir nehir gibi akmaktadır. Dönmeme durumundan farklı olarak, olay ufku ikiye ayrılırken, merkezi tekillik tek boyutlu bir halka şeklinde uzayıp gider. Merkezi tekillikte ne olduğunu kimse bilemez, ancak tüm olası yollar kaçınılmaz olarak ona çıkıyorsa var olmalıdır. Bu dönmeyen durumda doğrudur, ama dönen durumda doğru mudur?

Kara deliğin çekim gücüyle uğraşırken bir yandan da uzay-zamanın bu inanılmaz derecede eğri bölgesinde zaman geçiriyorsunuz: bu şiddetli eğrilik, zamanın sizin için dışarıdaki bir gözlemciye göre çok farklı geçtiği anlamına gelmektedir. Orada ne kadar uzun zaman geçirirseniz ve zamanınızı olay ufkuna ne kadar yakın geçirirseniz, sizin zaman algınız ile dış evren için zamanın geçişi arasındaki farkı o kadar artırırsınız.

Eğer bu hikâye size tanıdık geliyorsa, bunun nedeni Yıldızlararası filminin bir parçası olması olabilir; filmde bir kara deliğin (ya da onun uçtan uca bağlantılı bir benzeri olan solucan deliğinin) derinliklerine yapılan bir yolculuk, yolculuğa çıkanlarla evde kalanlar için zamanın farklı hızlarda geçmesine neden olmaktadır. En şiddetli durumlarda, olay ufkunun hemen dışında, sizin için sadece saniyeler, dış Evren için milyarlarca yıla denk gelebilir. Kütleçekimsel zaman genişlemesinin etkisi, çoğu kozmik uygulama için bile (ikili kara delik sistemlerinde veya kütleçekimsel olarak merceklenmiş süpernovalarda olduğu gibi) son derece küçük olmasına rağmen, genel görelilikte olay ufkunun hemen dışında son derece yüksek olabilir.

Yıldızlararası, bir kara deliğin oldukça bükülmüş bir uzay-zamanda yığılma yüzeyine göre kenardan görülen bu tasviri, bir kara deliğin önemli uzay-zaman bükme gücünü ortaya koymaktadır. Olay ufkuna yakın ama yine de ufkun dışında kalan bir gözlemci için zaman, çok uzaktaki ve ana çekim alanının dışındaki bir gözlemciye kıyasla son derece farklı bir hızda geçer. Evrendeki kara deliklerin sayısı ve kara delik kütle fonksiyonu araştırılmaya devam etmektedir.

Fiziksel olarak mümkün olan en uç noktaya kadar bu tekniklerden yararlansanız bile sonsuz bir zamanın geçişini deneyimlemenize olanak sağlamayacaktır. Işık hızına yakın seyahat etme durumunuzda, uzaydaki hareketiniz karanlık enerjinin varlığı nedeniyle ister istemez bir radyasyon arkaplanıyla karşılaşmanıza neden olacaktır: ve bu radyasyon her zaman gerçekten rastlantısal hızlara ulaşmanızı engelleyen bir tür fren etkisi sağlayacaktır. Benzer şekilde, kara delikler de kendilerinden yayılan ilgili Hawking radyasyonu nedeniyle eninde sonunda buharlaşacak, bozunmalarına neden olacak ve ciddi şekilde bükülmüş uzay-zamanınızın yok olmasına neden olacaktır.

Sonunda, herhangi bir gözlemcinin bu Evren’e yönelik deneyimi yine de sınırlı olacaktır, tıpkı içinde var olabileceğiniz sürenin de sınırlı olması gibi. Fizik kaçınılmaz olarak sonsuza kadar yaşamanızı engellese de hayatınızı mümkün olan en yüksek ölçüde uzatmanın iki harika yolunu sunmaktadır:

  1. Uzay-zaman dokusu içinde olabildiğince hızlı hareket ederek, özel görelilik ve göreli zaman genişlemesi etkilerinden yararlanmak.
  2. Bir kara deliğin ufuk çizgisine mümkün olduğunca yakınlaşarak, uzay-zaman eğriliği ve kütleçekimsel zaman genişlemesi etkilerinden yararlanmak.

Bilinen fizik yasaları geçerli olduğu sürece, bu yöntemler bu Evren’deki herhangi bir canlının ölümsüzlüğe ulaşmasının en yakın yolu olacaktır.