Zamansız bir evreni hayal etmek zor. Ancak bu zorluk zaman kavramının tekniksel karmaşıklığından ya da felsefi olarak anlaşılması zor bir kavram olmasından kaynaklanmaz. Bu zorluğun daha yapısal bir nedeni vardır: zamansızlığı hayal etmek zamanın geçmesini gerektirir. Yokluğunu hayal etmeye çalıştığınızda bile düşüncelerinizin zihninizde aktığını, kalbinizin beyninize kan pompaladığını, etrafınızdaki görüntüleri, sesleri, kokuları ve onların etrafınızda dolandığını sezersiniz. Bundandır ki zaman denen şey hiç durmazmış gibi gözükür. Evrendeki şeylerin bir araya gelişini ve ayrılışını deneyimlerken onun sürekli hareket eden dokusuna dokunduğunuzu dahi hissedebilirsiniz. Ama zaman gerçekten böyle mi işler?
Albert Einstein’a göre geçmiş, şimdi ve gelecekle ilgili deneyimlerimiz “inatla devam eden bir yanılsama”dan başka bir şey değildir. Isaac Newton’a göreyse zaman, yaşam deneyiminin dışında kalan bir arka plandan başka bir şey değildir. Ve termodinamik yasalarına göre, zaman entropiden ve ısıdan başka bir şey değildir. Modern fizik tarihinde, hareket eden, yönü olan bir zaman algısını temele alan, geniş çapta kabul gören bir teori hiç olmamıştır. Doğayı açıklarken kullandığımız en basit açıklamaların birçoğu (hareket yasalarından moleküller ve maddenin özelliklerine kadar) zamanın gerçekten geçmediği bir evrende var olmuş gibi görünüyor. Yine de çeşitli alanlarda yapılan güncel çalışmalar, zamanın deviniminin geçmişteki çoğu fizikçinin varsaydığından çok daha önemli olabileceğini gösteriyor.
Birleştirme teorisi adı verilen yeni bir fizik düşünüş biçimi, hareketli, yönlü bir zaman hissiyatının gerçek ve temel bir şey olduğunu öne sürüyor. Bu teori evrenimizde mikroplar, bilgisayarlar ve şehirler de dahil olmak üzere yaşam tarafından yapılmış olan tüm karmaşık nesnelerin zamansızlık içinde var olamayacaklarını, zamanın hareketi olmaksızın var oluşlarının imkansız olduğunu iddia ediyor. Bu perspektiften bakıldığında, zamanın geçişi, yalnızca yaşamın evrimine ya da yalnızca evreni deneyimliyor oluşumuzla alakalı değildir. O, aynı zamanda evrenin sürekli hareket eden maddi dokusudur. Zaman bir olgudur. Uzay gibi fiziksel bir boyutu vardır. Ve laboratuvarlarda moleküler düzeyde ölçülebilir.
Uzay ve zamanın birleşmesi, 20. yüzyılda fiziğin yörüngesini kökten değiştirdi; gerçeklik hakkında nasıl düşünmemiz gerektiği konusunda yeni olasılık kapıları açtı. Zamanın ve maddenin birleşmesi içinde bulunduğumuz yüzyılda ne işe yarayabilir? Zamanı bir olgu olarak düşündüğümüzde ne ile karşılaşırız?
Newton için, zaman sabitti. Uzayda cisimlerin nasıl konumlarını değiştirdiklerini açıklayan hareket ve kütleçekim yasalarında zaman, mutlak bir arkaplan, mutlak bir zemindir. Newtoncu zaman ilerler ama asla değişmez. Ve bu, modern fizikte de varlığını sürdüren bir zaman görüşüdür. Kuantum mekaniğinin dalga fonksiyonlarında bile zaman temel bir özellik değil, bir arkaplandır. Ancak Einstein’a göre zaman mutlak değildi. Gözlemciden gözlemciye değişen, göreceli bir şeydi. Zamanın geçişini tecrübe edişimizi “inatla devam eden bir yanılsama” olarak açıklamıştı. Einsteincı anlamda zaman, saatlerin tik taklarıyla ölçülen şey; uzay ise, cetveldeki çizgilerle ölçülen şeydi. Einstein, saatlerin tik taklarının ve cetvellerdeki çizgilerin göreceli hareketlerini inceleyerek hem uzayı hem de zamanı nasıl ölçtüğümüzle ilgilendi ve bu kavramları şimdi “uzay zaman” dediğimiz birleşik bir yapıda birleştirdi. Bu yapıda uzay sonsuzdu ve bütün noktalar aynı anda var oluyordu. Ama, Einstein’ın açıklamasıyla, zamanın sahip olduğu bir özellik vardı: bütün zaman dilimleri (geçmiş, şimdi ve gelecek) eşit derecede gerçekti. Bazen bu evren fikri, uzay ve zamanda gerçekleşmiş ve gerçekleşecek her şeyi kapsayan bir “blok evren” olarak da isimlendirilir. Günümüzde de çoğu fizikçi blok evren kavramını destekliyor.
Ancak blok evren fikrinin tohumları Einstein’dan önce de atılmıştı. 1800’lerin başında, Einstein’ın uzay-zaman kavramını geliştirmesinden yaklaşık bir asır önce, Nicolas Léonard Sadi Carnot ve diğer fizikçiler zamanın bir arkaplan mı yoksa bir yanılsama mı olduğu konusunu sorgulamaya başlamışlardı bile. Ludwig Boltzmann gibi fizikçiler de zihinlerini o zamanlarda yeni bir teknoloji olan motorla birlikte ortaya çıkan yeni problemlere yöneltmeye başladıkça, zamanla ilgili bu sorgulamalar 19. yüzyıl boyunca devam edecekti.
Motorlar mekanik olarak yeniden üretilebilir şeyler olsalar da fizikçiler nasıl bir fonksiyonları olduğunu tam olarak bilmiyordu. Newton mekaniği geri çevrilebilir bir mekanikti ancak motorlar öyle çalışmıyordu. Newton’un güneş sistemi zamanda ileri ya da geri giderken eşit derecede iyi çalışıyordu. Ancak bir arabanın yakıtı bitmişse, motoru tersine çalıştırmak, üretilen ısıyı zamanda geri götürerek tekrar kullanmak ve yakıtı tekrar üretmek mümkün değildi. O zamanki fizikçiler, bu motorların belirli yasalara uyması gerektiğini biliyorlardı, her ne kadar bu yasaları henüz bilmeseler de. Buldukları şey, zamanın bir oku olmaksızın ve zaman geçmeksizin motorların çalışmadığıydı. Motorlar, sıcaklık farklılıklarından yararlanarak ısının sıcak kısımlardan soğuk kısımlara doğru hareket etmesini sağlar. Böylece zaman ileriye doğru aktıkça sıcaklık farkı azalır ve en az iş yapılmış olur. Bu, entropi olarak da bilinen, termodinamiğin ikinci yasasının özüdür; ilk kez Carnot tarafından sunulmuş ve Boltzmann tarafından istatistiksel olarak açıklanmıştır. Bu yasa aynı zamanda zaman içinde bir motor tarafından yapılacak en verimli “iş”i yapmanın yolunu açıklar. Sonuç olarak, arabanıza ara sıra yakıt doldurmalısınız zira entropi her zaman artar.
Acaba gerçekten zamana temel bir öz olarak ihtiyaç duymayan bir evrende mi yaşıyoruz?
Bu, motorlar bağlamında ve diğer karmaşık cisimlerde mantıklı gözükse de tek bir parçacık söz konusu olduğunda pek de yardımcı olmuyor. Tek bir parçacık için sıcaklıktan bahsetmekten anlamsız oluyor çünkü sıcaklık birden çok parçacığın ortalama kinetik enerjisini ölçerek tanımlanan bir şey. Termodinamik yasalarında, zamanın akışı ve yönü bir arkaplan ya da yanılsamadan ziyade ortalıkta varlığını gösteren bir özellik olarak değerlendirilir (çok sayıda cismin davranışıyla alakalı bir özellik olarak). Termodinamik teori zamanın nasıl yönlü bir şey olduğunu açıklasa da bu özellik temel bir özellik değil. Fizikte “temel” özellikler, başka terimlerle açıklanamayan şekilde açıklanabilen özellikler olarak tanımlanır. Dolayısıyla termodinamikte, “zamanın oku”, ortalıkta varlığını gösteren bir özellik olarak değerlendirilir zira o, entropi ve sıcaklık gibi birden çok temel konsept kullanılarak açıklanır.
Charles Darwin, Carnot’un buhar makinesi alanında ve Einstein’ın blok evreni sisteminde de çalışacak bir şekilde, zaman içinde hayatın nasıl ortaya çıktığını net bir şekilde ilk gören kişiydi. Türlerin Kökeni’nin son cümlesinde bu perspektifi güzel bir şekilde yakalamıştı: “Bu gezegen sabit bir yerçekimi yasasına göre dönmeye devam ederken, bu kadar basit bir başlangıçtan en güzel ve en harika sonsuz formlar evrimleşmiştir ve evrimleşmektedir.” Dolayısıyla Darwin’in “sonsuz formlar”ının ortaya çıkışı ancak zamanın var olduğu ve net bir yöne sahip olduğu bir evrende açıklanabilir.
Geçtiğimiz birkaç milyar yıl boyunca yaşam, tek hücreli organizmalardan karmaşık çok hücreli organizmalara evrildi. Basit toplumlardan kalabalık şehirlere ve şimdi de potansiyel olarak yaşamını başka dünyalarda yeniden üretebilecek bir yere. Ancak bunların ortaya çıkması zaman alıyor çünkü bunlar ancak seçilim ve evrim süreçleriyle mümkün olabiliyorlar.
Darwin’in iç görüsünün yeterince derine inmediğini düşünürüz. Evrim, gözlemlediğimiz farklı yaşam formlarının nasıl değiştiğini net bir şekilde açıklıyor ancak bundan daha fazlasını da yapıyor: evrim, evrende “hayat”la ilişkilendirebildiğimiz şeyleri üretebilen tek fiziksel süreç. Ve “hayat”la ilişkilendirmekten kastımızı bakteriler, kediler ve ağaçlar da roketler, telefonlar ve şehirler de kapsıyor. Modern fiziğin popüler anlatılarının iddia ettiğinin aksine, bunların hiçbiri kendiliğinden dalgalanarak var olamaz. Ve bunlar tesadüfen ortaya çıkmış rastgele şeyler değildir. Aksine, hepsinin şimdiki zamanda üretilebilmesi için geçmişe dair bir “hafıza” gerekir. Zaman içinde üretilmeleri gerekir; sürekli ilerleyen bir zaman içinde. Ancak yine de Newton, Einstein, Carnot, Boltzmann ve diğerlerine göre zaman ya yoktur ya da sadece ortalıkta varlığını gösteren bir şeydir.
Fizikteki ve evrimdeki zaman kavramı birbiriyle uyumlu değildir. Ancak bu her zaman bu kadar açık olmamıştır zira fizik ve evrim farklı çeşitteki nesnelerle uğraşır. Fizik, özellikle kuantum mekaniği, basit ve tek nesnelerle uğraşır: Standart Model’deki kuarklar, leptonlar ve kuvvet taşıyıcı parçacıklar gibi. Bu nesneler basit olarak kabul edildikleri için, Evren’in onları üretmesi için az önceki gibi bir “hafıza”dan bahsetmeye gerek olmaz (yeterli enerji ve kaynakların mevcut olduğu varsayılırsa).
“Hafıza”yı belirli bir nesneyi yaratmak için gereken süreçlerin veya eylemlerin kaydını tarif etmek için kullanılan bir kelime olarak düşünebilirsiniz. Kimya ve biyoloji gibi evrimle ilgilenen disiplinlerden bahis açtığımızda, bir anda çokça üretilemeyecek kadar karmaşık nesnelerle ilgileniriz (ihtiyaç duyulan enerji ve malzemeler bulunsa bile) ve bu nesneler, üretilmeleri için zaman içinde biriken bir hafızaya ihtiyaç duyarlar. Darwin’in de anladığı şekliyle, bazı nesneler ancak evrim yoluyla ve onları oluşturmak için ilgili hafızadan belirli “kayıtların” seçilmesiyle ortaya çıkabilir.
Bu uyumsuzluk ancak fiziğin zaman kavramına yaklaşımındaki mevcut yöntemlerden radikal bir sapma ile çözülebilecek bir dizi sorun yaratmaktadır, özellikle de yaşamı açıklamak istediğimizde. Kuantum mekaniğinin güncel teorileri moleküllerin dayanıklılık gibi bazı belirli özelliklerini açıklayabiliyor olsa da DNA, proteinler, RNA ya da diğer büyük ve karmaşık moleküllerin varlığını açıklayamıyorlar. Benzer şekilde, termodinamiğin ikinci yasasının zamanın okuna ve organizmaların enerjiyi nasıl dönüştürdüğüne dair açıklamalar sağladığı söylenir ancak biyosfer için görünürde nihai bir denge veya ısı-ölüm olmaksızın evrimsel zaman ölçeklerinde sonsuz yaşam formlarının inşa edildiği zamanın yönlülüğünü açıklayamaz. Kuantum mekaniği ve termodinamik, yaşamın bazı özelliklerini açıklamak için gerekli ancak yeterli değil.
Bunlar ve bazı diğer sorunlar bizi, zamanın fiziğine dair birleştirme teorisi dediğimiz yeni bir düşünme tarzı geliştirmeye yöneltti. Birleştirme teorisi, bir molekülün ya da molekül kombinasyonunun (yaşamı oluşturan nesnelerin) var olması için ne kadar hafıza olması gerektiğini söyler. Bir molekülün (veya moleküllerin) var olması için gereken minimum hafızaya odaklanılarak bir molekülün özelliği olarak zaman içinde ölçülür; zamanı yalnızca evrim yoluyla ortaya çıkabilecek nesnelerin bir özelliği haline getirerek seçilime dair bir ölçüm yapar.
Bu yeni fiziği geliştirmeye hayatın kimyasal değişimlerle nasıl ortaya çıktığını düşünerek başlarız. Yaşamın kimyası, atomlar molekülleri oluşturmak için bağlandıkça ve olası kombinasyonlar her ek bağla büyüdükçe kombinatoryal[2] olarak işler. Bu kombinasyonlar, kimyagerlerin 10 üzeri 60 kadar farklı molekül oluşturmak için birleştirilebileceğini tahmin ettikleri, doğal olarak oluşan yaklaşık 92 elementten yapılır. Ve bu işin yararlı olabilmesi için her bir kombinasyonun milyarlarca kez çoğaltılması gerekir. Bırakın bir böceği ya da insanı, tek bir hücreyi oluşturmak için bile kaç molekül gerektiğini bir düşünün! Herhangi bir karmaşık nesnenin kopyalarını oluşturmak zaman alır çünkü onu bir araya getirmek için gereken her adım, hangi moleküllerin hangi fiziksel şekli alacağını seçmek için kombinatoryal uzayın genişliğinde bir aramayı içerir.
Kombinatoryal uzaylar yaşamın var olduğu zamanlarda karşımıza çıkıyor gibi duruyor.
Canlıların hücre içinde katalizör olarak kullandığı makromoleküler proteinleri düşünün. Bu proteinler, tipik olarak 50 ila 2.000 amino asit uzunluğunda uzun zincirler oluşturmak üzere birleşen amino asitler adı verilen daha küçük moleküler yapı taşlarından oluşur. Proteinleri oluşturan en yaygın 20 amino asitten mümkün olan her 100 amino asit uzunluğundaki protein bir araya getirilseydi, sonuç sadece evrenimizi değil, 10²³ tane evreni doldururdu!
Tüm olası moleküllerin uzayını kavramak zordur. Analoji olarak, elinizde olan Lego parçalarıyla inşa edebileceklerinizin kombinasyonlarını düşünün. Eğer bu parçaların kümesi, sadece iki parçadan oluşsaydı, tabii ki, kombinasyonların sayısı az olurdu. Ancak eğer ilgili küme binlerce parçadan oluşsaydı, mesela 5.923 Lego parçasından oluşan Taj Mahal modeli gibi, olası kombinasyonların sayısı astronomik olurdu. Verilmiş talimatlara göre özel olarak Taj Mahal’i inşa etmeniz gerekseydi, olasılıklar alanı sınırlı olurdu ancak 5.923 parça ile herhangi bir Lego modeli inşa edebilseydiniz, inşa edilebilecek olası yapıların kombinatoryal bir patlaması olurdu – olasılıklar, eklediğiniz her ek blokla eksponansiyel olarak katlanarak büyürdü. Her bir saniye daha önceki saniyede inşa ettiğiniz iki Lego yapısını birbirine bağlasaydınız, Lego Taj Mahal modeli büyüklüğündeki tüm olası yapıları Evren’in yaşı içinde göremezdiniz. İşin aslı, kombinatorik olarak inşa edilen her uzay, az sayıda parçadan da oluşsa bu özelliğe sahip oluyor ve bu, kimyasal olarak üretilen tüm olası hücre benzeri nesneleri, farklı hücre tiplerinden üretilen tüm olası organizmaları, kelimelerden veya ifadelerden üretilen tüm olası dilleri ve tüm olası komut setlerinden üretilen tüm olası bilgisayar programlarını içeriyor. Buradaki mevzu, kombinatoryal uzayların yaşam var olduğunda ortaya çıkıyor gibi görünmesidir. Yani yaşam, olasılıklar alanı olan evrenin var olmak için bu alanın sadece bir kısmını seçmesini gerektirecek kadar büyük olduğunda ortaya çıkıyor. Birleştirme teorisi, bu fikri formalize etmek içindir. Birleştirme teorisinde, nesneler diğer nesnelerden kombinatoryal olarak üretilir ve tıpkı belirli bir nesnenin uzamsal olarak ne kadar büyük olduğunu ölçmek için bir cetvel kullanabileceğiniz gibi, birleştirme teorisi de bir nesnenin zaman içinde ne kadar büyük olduğunu ölçmek için ‘birleştirme indeksi’ adı verilen bir ölçü kullanır.
Lego Taj Mahal seti ilgili analoji karmaşık bir molekülmüş gibi düşünülebilir. Lego seti gibi belirli bir nesnenin rastgele olmayan bir şekilde yeniden üretilmesi, tüm olası nesnelerin uzayı içinde seçim yapmayı gerektirir. Yani, yöntemin iyi kullanımı için, üretimin her aşamasında, inşa edilebilecek çok sayıda olası kombinasyon arasından belirli nesne veya nesne kümeleri seçilmelidir. Seçimin yanı sıra ‘hafıza’ da gereklidir: Lego Taj Mahal’i inşa etmek için gereken talimatlarda olduğu gibi, var olan nesnelerden yeni bir nesneyi üretmek için, sonlu bir zamanda tamamlanabilecek, adım olarak uygulanacak bir dizi bilgiye ihtiyaç vardır. Nesne ne kadar karmaşıksa var olabilmesi için de o kadar hafızaya ihtiyacı vardır.
Birleştirme teorisinde, nesneler seçilimin sürecinde geçen zaman boyunca kendi karmaşıklıkları neticesinde gelişir. Nesneler daha karmaşık hâle geldikçe, kendilerine özel kısımları artış gösterir, yani “yerel hafıza”da bir artış gözlenir. Bu “yerel hafıza”, nesnenin önce seçilim yoluyla “keşfedilmesi” ve ardından birden fazla kopya halinde yeniden yaratılmasındaki nedensel olaylar zinciridir. Örneğin, yaşamın kökenine ilişkin bir araştırmada, kimyagerler moleküllerin yaşayan organizmalara dönüşmesi sürecinin nasıl olduğuna dair bir çalışma yaptılar. “Yaşam” olarak rastgele ortaya çıkacak olan bir kimyasal sistem, kendi kendini devam ettiren kimyasal reaksiyon ağları oluşturarak (veya katalizleyerek) kendi kendini kopyalamalıdır. Peki ama bir kimyasal sistem hangi kombinasyonları yapması gerektiğini nereden “biliyor”? Belirli şekillerde kimyasal olarak birbirine bağlanmayı “öğrenmiş” olan bu molekül ağlarında “yerel hafızanın” iş başında olduğunu görebiliriz. Hafıza gerekliliği arttıkça bir nesnenin üretilmesinin şans eseri olma olasılığı da sıfıra düşer çünkü seçilmeyen alternatif kombinasyonların sayısı epey fazladır. Bir nesne, Lego Taj Mahal de olsa molekül ağı da olsa, yalnızca hafıza ve üretim süreçleri ile üretilebilir ve sonradan yeniden üretilebilir. Ancak hafıza her yerde bulunmuyor; o, uzay ve zaman içinde bir yerelliğe sahip. Bu şu demek: bir nesne yalnızca yerel hafıza, seçilimin hangi parçaların nereye ve ne zaman gideceğini söylediğinde üretilebilir.
Birleştirme teorisinde, seçilim, olası kombinasyonların uzayında nelerin var olduğunu işaret eder. Formal olarak, bir nesnenin kopya sayısı ve karmaşıklığı ile tanımlanır. Kopya sayısı veya konsantrasyon, kimya ve moleküler biyolojide kullanılan, belirli bir alan hacminde bir molekülün kaç kopyasının bulunduğunu ifade eden bir kavramdır. Birleştirme teorisinde karmaşıklık kopya sayısı kadar önemlidir. Ancak yalnızca tek bir kopya olarak var olan çok yüksek karmaşıklıktaki bir molekül fazla önemli değildir. Birleştirme teorisinin ilgi alanına giren şey, molekülün evrimle üretildiğinin bir göstergesi olan yüksek kopya sayısına sahip olan karmaşık moleküllerdir. Bu karmaşıklık ölçümü aynı zamanda “birleştirme indisi” olarak da bilinir. Bu değer, bir nesnenin “birleştirme”sini yönlendirecek bilgileri depolamak ve basitten karmaşığa doğru olacak şekilde zaman içinde bir yön belirlemek için gereken fiziksel hafıza miktarı ile alakalıdır.
Düşündüğümüzde aklımıza gelebileceği gibi bir nesnenin var olması için hafızanın ortamda var olması gerekse de birleştirme teorisinde hafıza, nesnenin içsel bir fiziksel özelliğidir; aslında, nesnenin kendisidir.
Hayat, başka nesneleri inşa eden nesnelerin de diğer nesneleri inşa ettiği birtakım yığınlardan ibarettir; yani, nesneler birbirlerini baştan aşağıya inşa ederler. Organoflorin kimyasal bileşiklerinden yapılan sentetik “sonsuz kimyasallar” gibi bazı nesneler diğerlerine kıyasla daha yakın zamanda ortaya çıkmıştır. Fotosentetik bitki hücreleri gibi öbürleriyse milyarlarca yıl önce var olmuştur. Farklı nesnelerin zaman olgusu içinde farklı derinlikleri vardır. Ve bu derinlik nesnenin birleştirme indisine ve kopya numarasına doğrudan bağlıdır ve bunları “Birleştirme” ya da “B” dediğimiz bir büyüklükle birleştirebiliriz. B sayısı büyüdükçe nesnenin zaman içindeki derinliği artar.
Bu “birleştirme”ı laboratuvarda ölçerken belirli bir molekülün kaç kopyasını içerdiğini saymak için bir nesneyi kimyasal olarak analiz ederiz. Sonrasında nesnenin karmaşıklığını (moleküler birleştirme indisi) içerdiği kısımları sayarak çıkarabilir hâle geliriz. Bu moleküler kısımlar, (amino asit ya da protein dizilimi gibi) genellikle nesnenin moleküler birleştirme indisini, teorik bir B sayısını belirleyerek çıkarsanır.
Ancak biz, teorik bir çıkarsama yapmıyoruz. Üç boyutlu görüntüleme teknikleri (kütle spektrometrisi, kızıl ötesi ve nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi) kullanarak nesnenin moleküler bileşenlerini “sayıyoruz”. Dikkat çekici şekilde, moleküllerde “saydığımız” bileşenlerin sayısı teorik B sayılarıyla eşleşir. Bu demektir ki bir nesnenin birleştirme indisini standart laboratuvar ekipmanlarıyla doğrudan ölçebiliriz.
Yüksek bir B sayısı (yüksek bir birleştirme indisi ve yüksek bir kopya sayısı), ilgili şeyin, kendi çevresi içerisinde rahatlıkla var edilebileceğini gösterir. Bu çevre, yüksek B sayılı proteinler üreten bir hücre olabilir, ya da çok daha yüksek B sayılı olan anti-kanser ilacı Taxol’u üreten bir kimyager de olabilir. Yüksek kopya sayılı karmaşık nesneler rastgele var olmazlar, onlar, evrim ya da seçilim süreçlerinin bir sonuçlarıdırlar. Şans eseri karşılaşmalar tarafından değil, zaman içinde seçilim (daha spesifik olarak, zaman içinde belirli bir derinlik) tarafından biçimlerini edinirler.
Bu, aynı 5.923 tane Lego Taj Mahal parçasını havaya atıp şans eseri bir araya gelip Taj Mahal’i oluşturmalarını beklemek gibidir.
Bu zor bir konsepttir Kimyacılar bile bu fikri kavramakta zorlanırlar çünkü “karmaşık” moleküllerin çevreleriyle tesadüfi etkileşimler sonucu oluştuğunu hayal etmek daha kolaydır. Ancak laboratuvarda, tesadüfi etkileşimler, genellikle yüksek B sayısına sahip nesneler yerine “katran” oluşumuna yol açarlar. Katran kimyacıların en büyük korkulu rüyasıdır çünkü katran, tek tek tanımlanamayan birçok molekülün çorba gibi karışmış hâlidir. Katran, yaşamın-kökeni deneylerinde sıkça rastlanılan bir şeydir. ABD’li kimyacı Stanley Miller’in 1953’te yaptığı “prebiyotik çorba” deneyinde, ilk başta oluşan amino asitler, deney çok uzun sürdüğünde (ve araştırmacılar tarafından kimyasal değişikliklerin gerçekleşmesini engellemek için herhangi bir seçilim uygulanmadığında) tanımlanamayan siyah bir bulamaç hâlini aldı. Bu deneylerdeki sorun şuydu ki olası moleküllerin kombinatoryal uzayı, yüksek B sayılı nesneler için çok genişti ve hiçbir spesifik molekül yüksek bollukta üretilmemişti. Bundan dolayı deneyler, sonunda, “katran”la sonuçlanmıştı.
Bu, aynı 5.923 tane Lego Taj Mahal parçasını havaya atıp şans eseri bir araya gelip aynı istenilen talimalardaki gibi Taj Mahal’i oluşturmalarını beklemek gibidir. Şimdi aynı Lego setinin 100 kutusundan parçalar aldığımızı, onları havaya attığımızı ve her bir 100 kopyanın aynı yapıyı oluşturduğunu hayal edin. Eğer birleştirme teorisi doğru şekilde işliyorsa, bunun olasılığı inanılmaz düşüktür, belki 0 bile olabilir. Bu, kırılmış bir yumurtanın kendiliğinden eski şeklini tekrar alması gibidir.
Peki ya evrim veya seçilim olmaksızın kendiliğinden doğal şekilde var olan karmaşık nesneler ne olacak? Kar taneleri, mineraller ve karmaşık fırtına sistemleri hakkında ne diyeceğiz? Evrim ve seçilim tarafından oluşturulmuş nesnelerin aksine, bunlar “zamandaki derinlikleri”ne göre açıklanmaya ihtiyaç duymazlar. Tek tek karmaşık olsalar da rastgele oluştukları ve üretilmeleri için hafıza gerektirmedikleri için yüksek bir M değerine sahip değillerdir. Düşük kopya sayısına sahiptirler çünkü hiç kendilerinin aynısı şeklinde tekrar oluşmamışlardır. İki kar tanesi asla aynı değildir, aynısı mineraller ve fırtınalar için de söylenebilir.
Birleştirme teorisi yalnızca zaman hakkında nasıl düşündüğümüzü değiştirmez, aynı zamanda hayatın kendisini nasıl tanımladığımızı da değiştirir. Bu yaklaşımı moleküler sistemlere uyguladığımızda bir molekül evrimsel bir süreç tarafından mı üretildi, bunu ölçmek mümkün olabilir. Bu, hangi moleküllerin yalnızca canlı bir süreç tarafından üretilebileceğini (bu süreç Dünya’dakinden farklı kimyasallar içerse bile) belirleyebileceğimiz anlamına geliyor. Bu yolla, birleştirme teorisi, canlı ya da cansız örneklerin birleştirme indisilerini ve kopya sayılarını hesaplayarak evrensel bir hayat bulma sistemi olarak çalışabilir
Laboratuvardaki deneylerimizde yalnızca canlı örneklerin yüksek B sayısına sahip moleküller ürettiğini gördük. Ekiplerimiz ve çalışma ortaklarımız kütle spektrometresi denen bir analitik teknik kullanarak, bir örnekteki molekülleri bir elektromanyetik alanda “zayıflaştırarak” ve sonra da enerji verip parçalarına ayırarak bulduğumuz bu şeyi tekrar üretti. Bir molekülü parçalarına ayırmak içerdiği eşsiz parçaların sayısını bularak birleştirme indisini bulmamızı sağlıyor. Bununla, moleküler bir nesne üretmemiz için kaç adıma ihtiyacımız olduğunu çıkarsayabilir ve standart laboratuvar ekipmanlarıyla zamandaki derinliğini ölçebiliriz.
Teorimizin yüksek B sayılı nesnelerin yalnızca hayat tarafından üretilebileceğine dair olan iddiasını doğrulamak için sıradaki adım canlı ve cansız örnekleri test etmek. Ekiplerimiz güneş sisteminden dünya üzerindeki çeşitli canlı, fosilleşmiş ve abiyotik sistemlere kadar örnekler toplayabildi. Taş, kemik, et ve diğer madde formlarından oluşan bu katı örnekler bir çözücüde çözündürüldükten sonra moleküllerin yapı ve özelliklerini belirleyebilen yüksek çözünürlüklü bir kütle spektrometresi ile analiz edildi. Bulduk ki sadece canlı sistemler, deneysel olarak belirlenen 15 adım değerinin üzerinde bir birleşme indeksine sahip bol miktarda molekül üretiyor. 13-15 arasındaki sınır ise epey keskin, yani rastgele süreçlerle üretilen moleküller 13 adımın ötesine geçemiyor. Bunun, bir molekülün nasıl oluştuğunu açıklamak için evrim ve seçilim fiziğinin diğer fizik formlarından devralması gereken bir faz geçişinin göstergesi olduğunu düşünüyoruz.
Bu deneyler, yalnızca yüksek B sayısının (çokça karmaşık ve çok kopya sayılı moleküllerin) hayat olgusunun içinde bulunduğunu doğrulamış oldu. Daha heyecan verici olan şey, bu bilgiyi mevcut molekül hakkında başka hiçbir şey bilmeden bulabilmemiz. Birleştirme teorisi, hangi kimyasal süreçlerin kullanıldığını bilmesek bile evrenin herhangi bir yerinden gelen herhangi bir molekülünün evrim sürecinden türetilip türetilmediğini belirleyebilir durumda.
Galaksinin herhangi bir yerinde canlı sistemler keşfetmenin olasılığı heyecan verici ama daha heyecan verici olan yeni çeşit bir fiziğin keşfinin olasılığı: hayatın yeni bir açıklamasının. Şeylerin eşsiz bir şekilde evrim tarafından üretilebilir olduğunun deneysel bir ölçümü olarak, Birleştirme teorisi hayat için daha genel bir teorinin kapısını açıyor. Eğer bu teori doğruysa, en radikal felsefi çıkarımı, zamanın evrim tarafından yaratılan karmaşık nesnelerin maddi bir özelliği olarak var olduğudur. Yani, Einstein’ın uzay ile birleştirerek zaman kavramımızı radikalleştirmesi gibi, birleştirme teorisi de madde ile birleştirerek radikal bir şekilde yeni bir zaman anlayışına işaret ediyor.
Birleştirme teorisi, karmaşık moleküller, biyosferler ve bilgisayarlar gibi evrimleşmiş şeyleri açıklıyor.
Bu radikal çünkü, bahsettiğimiz gibi, fizik tarihinde zaman hiçbir zaman temel bir olgu olmadı. Newton ve bazı kuantum fizikçileri onu bir arkaplan olarak gördü. Einstein bir illüzyon olduğunu düşündü. Ve bu termodinamik problemleri çalışmalarında, ortalıkta var olan bir özellik olarak anlaşılıyor. Birleştirme teorisi zamanı temel bir olgu olarak ve madde olarak ele alıyor: zaman, evrendeki her şeyin yapıldığı şeydir. Şeyler seçilim ve evrim tarafından oluşturulmuştur ve yalnızca zamanın akmasıyla biçimlenebilirler. Ancak bu zaman olgusunu saatin tik tak şeklinde ölçülmesi gibi ya da takvimde yılların düzenlenmesi gibi düşünmeyin. Zaman fiziksel bir özelliktir. Onu, Birleştirme özelinde düşünün, bir molekülün zaman içindeki derinliğinin veya boyutunun ölçülebilir içsel bir özelliği olarak düşünün.
Bu fikir radikaldir zira aynı zamanda fiziğin evrimsel değişimi açıklamasını mümkün kılar. Fizik geleneksel olarak evrende rastgele şekilde birleşebilen (temel parçacıklar veya gezegenler gibi) nesneleri çalışmıştır. Diğer bir yandan birleştirme teorisi, karmaşık moleküller, biyosferler ya da bilgisayarlar gibi evrimleşmiş şeyleri açıklar. Bu karmaşık nesneler, yalnızca yapılarına özgü bilgilerin edinildiği soyağaçları boyunca var olur.
Soyağacında geri gidersek, dünyada hayatın oluşumuna kadar, evrenin oluşumuna kadar geri gidersek evrenin “hafıza”sının geçmişte daha düşük olduğunu öne sürmek mantıklı olurdu. Bu demektir ki evrenin yüksek B sayılı nesneler üretme yeteneği temel olarak zaman içindeki boyuyla sınırlıdır. Tıpkı bir yarı römork kamyonun standart bir ev garajına sığmayacağı gibi, bazı nesneler de zaman içinde birleştirme indekslerinden daha küçük aralıklarla var olamayacak kadar büyüktür. Bilgisayar gibi bazı karmaşık nesnelerin evrenimizde var olabilmesi için onlardan önce başka birçok nesne var olmalıdır: yıldızlar, ağır elementler, hayat, araç gereçler, teknoloji ve bilgisayar fikri. Bu zaman alan bir şeydir ve her bir yeni “yapım” nedensel bağlılığı nedeniyle önemli ölçüde süreçteki yola bağımlıdır. Dolayısıyla örneğin erken evren, henüz yeterli tarih var olmadığı için, bildiğimiz anlamda “hesaplama” yeteneğine sahip olmayabilir. Zamanın “geçmesi” ve bilgisayarı oluşturan nesnelerin seçilimi yoluyla (zamanın) maddi olarak somutlaştırılması gerekiyordu. Ve aynı şey, Lego yapılarında, geniş dil modellerinde, yeni eczacılık ilaçlarında, “teknosfer”de ve diğer birçok karmaşık nesnede de geçerli.
Şeylerin zaman içinde içsel bir maddi derinliğe sahip olmasının sonuçları epey büyüktür. Blok evrende her şey durağan ve aynı anda var olmuş gibi kabul edilir. Bu demektir ki blok evrende şeyler zamandaki derinliklerine göre sıralanamaz ve seçilim ve evrim bazı şeylerin neden var olduğunu, bazılarının ise neden var olmadığını açıklayamaz. Karmaşık maddelerin fiziksel boyutu olarak yeniden tasarlanmış bir zaman konsepti oluşturmak ve zaman için bir yönlülük düşünmek bazı sorulara yanıt vermemize yardımcı olabilir. Birleştirme teorisini kullanarak zamanı somutlaştırmak, yaşamla ilgili birçok kafa karıştırıcı felsefi kavramı ölçülebilir bir çerçevede birleştirir. Bu teorinin kalbinde yer alan şey, bir nesnenin karmaşıklığını ölçen birleştirme indisidir. Belirli bir nesneyi “elde etmek” için kaç alternatifin dışlandığını göstermek, evrimsel seçilim kavramını tanımlamanın ölçülebilir bir yoludur.
Birleştirme sürecinde her bir adımda nesneler, hangi özelliğin eklenmeli ve hangi özelliğin eklenmemeli olduğunu belirlemek için bilgiye ve hafızaya ihtiyaç duyar. Örneğin Lego Taj Mahal yapımında, her biri bizi yapmak istediğimiz nihai yapıya yönlendiren belirli bir dizi adım izlemeliyiz. Kaçırılan her bir adım bir hata doğurur ve çok fazla hata yaparsak ne olduğu tanınabilecek bir yapı inşa edemeyiz. Bir nesnenin kopyalanması, daha önce benzer nesneleri üretmek için ihtiyaç duyulan adımlar hakkında da bilgi sahibi olunmasını gerektirir.
Bu da birleştirme teorisini fizikte neden sonuç ilişkilerine bağımlı bir teori haline getirir çünkü bir “birleştirme uzayının” altında yatan yapı (gerekli kombinasyonların tamamı) her şeyi bir nedensellik zinciri içinde sıralar. Her bir adım önceden seçilmiş olan adıma, her bir nesne de önceden seçilmiş olan nesneye bağımlıdır. Birleştirme sürecinin adım silsilesindeki adımlardan birini bile kaldırırsak, son oluşan nesne üretilemez. ‘Teori’, ‘bilgi’, ‘hafıza’, ‘nedensellik’ ve ‘seçilim’ gibi genellikle yaşamın fiziğiyle ilişkilendirilen sözcükler materyalisttir (somut etkiler veya maddi sonuçlar doğururlar) çünkü nesnelerin kendileri, diğer “karmaşık” nesnelerin oluşturulmasına yardımcı olacak kuralları kodlar.
Bu, nesnelerin karşılıklı olarak birbirini “yaptıkları” karşılıklı katalizdeki mevzu olabilir. Dolayısıyla, birleştirme teorisinde zaman, bilgi, hafıza, nedensellik ve seçilim ile özsel olarak aynı şeydir. Bunların hepsi fiziksel şeylerdir zira bunların teoride tanımlanan nesnelerin özellikleri olduğunu varsayarız, bu nesnelerin nasıl davrandığına dair yasalar olduklarını değil. Birleştirme teorisi, zamanın geçmesinin karmaşık nesneleri oluşturan şey olduğunu göstererek fizik disiplinine genişleyen, hareket eden bir zaman duygusunu yeniden kazandırır: geleceğin büyüklüğü karmaşıklıkla birlikte artar.
Bu yeni zaman anlayışı, temel fizikte çözülememiş birçok soruyu çözebilir. Bunlardan ilki ve en önemlisi determinizm ile olasılıklılık arasındaki tartışmadır. Einstein’ın, Tanrı’nın “zar atmadığına” dair sözü epey meşhurdur. Birçok fizikçi hala determinizmin geçerli olduğunu düşünür ve geleceğimizin bilinmez olduğu sonucuna varmaya gönlü el vermez. Ancak evrenin ya da herhangi bir sürecin başlangıç koşullarının geleceği belirleyebileceği düşüncesi hep bir problem olagelmiştir. Birleştirme teorisinde, gelecek belirlenmiştir ancak gerçekleşene kadar değil. Eğer şimdi olanlar geleceği belirliyorsa ve şimdi olanlar geçmişte olanlardan daha fazlaysa ve bilgi açısından da daha zenginse, o zaman olası geleceklerin sayısı da nesnelerin daha karmaşık hâle gelmesiyle birlikte epey artar. Bunun nedeni ise, şimdiki zamanda yeni gelecek zaman durumları yaratmak için daha fazla tarihin mevcut olmasıdır. Zamanı, yarattığı nesnelerin materyal bir özelliği olarak ele almak, gelecekte yeni şeyler üretilmesini mümkün kılar.
Bu “yenilik” dediğimiz şey, hayatı fiziksel bir fenomen olarak düşünmemiz için önemli. Biyosferimiz bizim “saatli” zaman ölçümüze göre en az 3,5 milyar yaşındadır (Birleştirme farklı bir zaman ölçüsüdür). Ama, zaman nasıl başladı? Canlı sistemlerin bilinç ve zeka geliştirmesini ne sağladı? Geleneksel fizik hayatın “bir anda var olduğunu” önerir. “Bir anda var olma”, daha düşük mekansal olarak organize olan seviyelerden tahmin edilemez karmaşıklıktaki yeni yapıların daha yüksek mekansal organizasyon seviyelerinde nasıl ortaya çıktığını açıklar. Tek tek su moleküllerinden yola çıkarak tahmin edilemeyecek olan suyun ıslaklığı, buna bir örnektir; ya da canlı hücrelerin tek tek cansız atomlardan oluşuyor olması da düşünülebilir. Ancak geleneksel fiziğin dikkate aldığı o bir anda ortaya çıkan nesneler, birleştirme teorisinde çok temel hâle gelir. Bu perspektiften, bir nesnenin “bir anda ortaya çıkmalılığı” (bir fizikçinin temel yapı taşlarına ilişkin beklentilerinden ne kadar uzaklaştığı), zamandaki derinliğine bağlıdır. Bu bizi yaşamın kökenlerine götürür ancak diğer yönde de ilerleyebiliriz.
Doğru düşünüyorsak, birleştirme teorisi zamanın bir temel özellik olduğunu söyler. Değişimin saat ile ölçülen bir şey olmadığını, zamanda farklı derinliklere sahip karmaşık molekülleri üreten zincirleme olaylara kodlanan bir şey olduğunu söyler. Kombinatoryal uzayın enginliğindeki yerel hafızada birleşmiş nesneler, geçmişi kaydeder, şimdide yaşar ve geleceği belirler. Bu demektir ki evren, uzay içinde değil zaman içinde genişliyor ya da uzay, kuantum kütleçekiminin önerdiği birçok güncel önerideki gibi, zamandan oluşuyor. Evren tamamen deterministik olabilse bile zamandaki genişlemesi gösteriyor ki gelecek, teorik olarak bile, tamamen tahmin edilemez. Evrenin geleceği varsaydığımızdan çok daha açık uçlu görünüyor.
Zaman, bir araya gelen ve birbirinden ayrılan şeyleri deneyimlediğimiz, süreklilik içinde birlikte hareket eden bir kumaş olabilir. Ancak bu kumaş, hareket ediyor olmaktan fazlasına sahip: genişliyor. Zaman bir olgu olduğunda gelecek, evrenin büyüklüğü olur.
Çevirmen Notları:
- [1] Metinde birkaç kez daha geçecek olan “arkaplan” sözcüğünün kullanımı, “arkaplanda işleyen”, “insanı aşkın hâlde, arkada akan” şeklinde bir sıfat olarak karşımıza çıkıyor. “Zemin” olarak da çevrilebilir. Zemin kullanımının daha uygun olduğu yerlerde ekleme yapılmıştır.
- [2]”Kombinatoryal” kelimesinden kasıt, matematikteki kombinasyon kavramın ile alakalı bir şey: “olasılıksal” olarak düşünülebilir ancak tam anlamını vermediğinden çeviride “olasılıksal” kelimesi kullanılmadı.
Sara Walker – “Time is an object“, (Erişim Tarihi: 16.08.2023)
Çevirmen: Arda Batın Tank
Çeviri Editörü: Beyza Nur Doğan
