"Zaman", tanımlanması en zor mefhumlardan biridir.Buna rağmen hepimizin aklında zaman tanımı üzerine çok net olmasa da bir takım düşünceler vardır; Kah hızlı, kah yavaş akıp giden, geçen ani bir daha geri dönmeyen,varlğını hissettiğimiz fakat tutamadığımız bir şeydir bu zaman. Zamanı tanımlamak için insan algılarını esas almaktan başka yapabileceğimiz bir şey yoktur.İnsan algıları "zaman akışı düzenli midir? düzensiz midir? hızlı mıdır? yavaş mıdır?" gibi sorulara somut yanıtlar veremez.Dolayısıyla zaman kavramının nesnel olarak tarifi zor ve felsefi sorunlarla doludur.Zamanın nesnel olarak, emin olabildiğimiz tek niteliği, içinde bulunduğumuz ana göre belli bir yön ilerlemekte olduğudur.İçinde bulunduğumuz şu ani geçmişimizi, şu anda yaptıklarımı da geleceğimizi belirler.Zamanda geri dönüp geçmişimizi değiştiremeyiz. Zaman içinde bulunduğumuz ana göre geçmişten geleceğe doğru akar. Burada şuna dikkat edelim: zamanın bu tek yönlülügü yani simetriği, tamamen uzayda maddenin varlığına bağlıdır.Boşlukta zaman akışının asimetrisi olamazdı.Uzun erimli temel etkileşme kuvvetleri gravitasyon ve elektromanyetizma, zamanın akış yönüne duyarsız olduklarından, zamanın tek bir yöne akması bu kuvvetlerin varlıgıyla açıklanamaz.Zamanın akıs yönünü saptamak için birkaç değişik makroskobik fizik kuralı önerilebilir:
Birincisi; termodinamik kuralıdır.Termodinamiğin ikinci yasası tersinemez olaylarda toplam entropinin mutlaka artı işaretli yükselen bir fonksiyon olduğunu söyler. Entropi tanımını, kabaca, bir sistemin düzensizliğinin bir ölçüsü olarak verebiliriz. Elimizdeki cam bardak yere düsünce kırılır, parçaları çevreye saçılır.Entropi artmıstır. Olayı filme alıp tersten göstersek,cam kırıklarının derlenip bir bardak oluşturduklarını ve bardağın yerden sıçrayıp elimize geldiğini görürüz.Entropi azalmıştır.Bu da, Newton yasalarına göre olası bir harekettir, ama doğada gözlenemez.Zamanın akis yönünü entropinin artış yönüyle özdeşleştiririz.
İkinci bir kural; Büyük Patlama ile yaratılan ve genleşen evren modellerinden gelir. Kozmik zaman değişkeninin başlangıcını evrenin yaratılıs anıyla çakıstırırsak kozmik zamanın artıs yönünü evrenin genleşme yönüyle özdeşlestirebiliriz.
Görülüyor ki makroskopik fizik yasaları, zamanın geçmişten geleceğe tek bir akış yönünün bulunması ile tutarlıdır.
Zaman kavramı, maddi dünyada uzayın aynı noktasında ya da iki değişik noktasında cereyan eden iki olay arasındaki zaman aralığı saatlerle ölçülerek nicelleştirilir.Bu saatler mekanik, atomik, ışıksal veya herhangi bir diğer yapıda olabilirler.Dikkat edilecek nokta, bu saatlerle yapılanın, doğada herhangi bir şekilde kendini düzgün olarak tekrarlayan bir hareket bulup, peryodik dediğimiz bu hareketin salınımlarını saymaktan ibaret olduğudur. Zaman ölçümünün hassaslığı,söz konusu peryodik hareketin düzgün olmasına ve periyodunun, ölçülen zaman aralığına göre yeteri kadar küçük olmasına bağlıdır.Dünyanın Güneş etrafinda bir devir tamamlaması (bir yıl), insan hayatında çok hassas bir ölçüm birimi vermez. Gece-gündüz değişimleri (bir gün) daha iyi bir zaman birimidir.Fakat yine de yeterince hassas değildir.Bizler için zaman ölçümündeki hassaslık,saati oluşturan salınımların periyodunun kısalığıyla doğru orantılıdır.Ancak zaman birimini ne kadar küçültürsek küçültelim yine de saatlerle ölçülen zaman aralıkları sonuçta tam sayılar veya kesirli sayılarla verileceklerdir. Zamanda bir anı reel sayı ekseni üzerinde bir noktayla gösterebilmek bizleri doğal olarak zamanın tek boyutlu bir sürekliliği olduğu varsayımına ulaştırmaktadır.
Zamanın Göreliliği
Doğadaki tüm olası gözlemcilerin, zamanda bir ani hep beraber aynen belirleyebilmesine zamanın mutlak olması deriz.Aristo'nun Ortaçağ'a egemen olan fizik anlayışında hem zaman, hem üç boyutlu bir sürekli ortam olarak uzay mutlak anlam taşıyorlardı.16. yüzyılda Kopernik'in gezegen sistemimizin Günes merkezli modelini öne sürmesinden ve Kepler tarafından bu modelin doğruluğunun kanıtlanmasından sonra Yeniçağ'dan itibaren uzayın mutlak olmadığı anlaşılmaya başlandı.
Yirmici Yüzyıl'a kadar, uzayın göreli, ancak zamanın mutlak olduğu kabul ediliyordu.Albert Einstein, özel görelilik teorisiyle zamanın da göreli olduğunu göstermiştir.Bunun çarpıcı kanıtlarından biri olan su örneğe bakalım: Muon adı verilen temel parçacıklar 1947'de yeryüzüne gelen kozmik ışınlarda keşfedildiler. Laboratuarda durgun bir muonun ölçülen yarı yaşam süresi 0,0000022 saniyedir.Atmosferin üst katmanlarından yeryüzüne doğru yol alan muonların çok hızlı, diyelimki ışık hızına yakın hareket ettiğini kabul edecek olursak, muonların daha yeryüzüne ulaşmadan bozunmalarını beklerdik. Halbuki kozmik muonlar yeryüzüne ulaşıyorlar.Bu olay, yeryüzündeki laboratuar gözlem çerçevesine göre kozmik muonların çok hızlı hareket halinde olmalarıyla ve bu nedenle yaşam sürelerinin, durgun yaşam süresinden daha uzun olmasıyla açıklama buluyor.
Einstein'i özel rölativite teorisinin keşfine götüren Maxwell'in elektromanyetizma denklemleri ile Newton mekanigi arasında var olan temel bir çelişki olmuştur.Bu çelişki, Newton'daki mutlak zaman kavramında düğümlenmektedir.Uzayın bir noktasına kütle koyalım.Bunun yarattıgı gravitasyon alanı, uzayın diğer bütün noktalarında etkisini duyurur.Büyük kütle, kendinden uzağa konmuş bir test kütlesini bu alan aracılığıyla çeker.Büyük kütleyi tutup titreştirirsek, Newton'a göre test kütlesinin de aynı anda bundan haberi olacaktır.Yani uzayda, bilgi iletimi anidir; sonlu bir süre geçmesi gerekmez.Halbuki elektromanyetik teoride, elektromanyetik dalgaların yayılma hızının 'c' ışık hızına eşit olduğunu görüyoruz.Elektromanyetik dalgalarda bilgi iletim hızı büyüktür, fakat sonludur.19. yüzyıl sonunda fizikçiler iki teori arasındaki bu çelişkiyi gidermek için 200 yıldır kullanıp geliştirdikleri Newton teorisine değil, 20-30 yıllık bir mazisi olan Maxwell teorisini değiştirmeye ugraşıyorlardı.Einstein, ışık hızına yakın hızlarda hareket eden cisimlerin mekanigini incelemek için Newton teorisinin yeterli olmadığını ilk kavrayan bilim adamı olmuştur.Zamanı göreli olarak Newton yasalarını bu varsayıma uyumlu genelleştirmiş ve böylece çelişkinin giderildiğini göstermiştir.
Einstein'in bazı temel aksiyomları:
(i) Zaman ve uzay görelidir.Yani zaman ve uzay koordinatlarının tanımları, bir eylemsiz gözlem çerçevesinin seçimine bağımlıdır.
(ii) Işık hızını hangi eylemsiz gözlemci ölçerse ölçsün c=300000 km/sn değerini bulacaktır.
(iii) Uzayda iki nokta arasında bilgi iletiminde üst sınır ışık hızıdır.Başka bir deyişle, doğada ışıktan hızlı hareket eden hiçbir cisim ya da temel parçacık yoktur.
