Entropi ve Evren
Doç. Dr. Haluk Berkmen
Gündelik yaşamımızı en çok etkileyen olguların başında zaman gelir. Zamanın geçmişten geleceğe doğru sürekli bir akış içinde olduğunu kabul ediyoruz. Fakat zamanın aslını, kaynağını bilmiyoruz. Bizim için zaman hareket ile ilgilidir. Klasik fizikte mesafe (uzam) ve zaman bir ön-kabul olarak varsayılmıştır. Oysaki daha önceki yazılarımda belirttiğim gibi biz anda yaşıyoruz. Zaman beynimizin ürettiği bir varsayımdır. Bu dediğimden “dün yoktu” anlamını çıkarmayın. Dün vardı ama belleğimizde var; düne geri gidip yeniden yaşayamıyoruz. Gerçek andadır ve her an bir nokta gibidir. Zaman ise bu süreksiz noktalar arasında beynimizin ürettiği bir bağdır.
Zamanın tek yönlü geçmişten geleceğe ilerleyişini Ludwig Boltzmann (1844 – 1906) tarafından ileri sürülmüş Entropi kavramı ile açıklıyoruz. Kapalı bir sistem içindeki parçacıklar en olası durumu oluşturacak şekilde dağılırlar. En olası durum da kapalı sistemdeki ulaşılabilecek noktalarla tanımlanır. Bu yaklaşımı kabul eden Boltzmann gazların birer noktasal atomdan oluştuklarını iddia etti. Fakat atom deneysel olarak henüz kanıtlanmamıştı. O günün anlayışına ters düşen “Gazların Kinetik Teorisi” fizikçiler tarafından tepki ile karşılandı ve ağır tenkitlere uğradı. Entropi S = k log(W) denklemiyle tanımlanır. Burada S Entropi, k Boltzmann sabiti ve W olayın veya durumun oluşma olasılığıdır. Boltzmann’ın W harfini seçmiş olması Almanca olasılık sözünün “Wahrscheinlichkeit” oluşundan dolayıdır. Atomların varlığı kanıtlandıktan sonra Boltzmann’ın haklı olduğu ortaya çıkmış ve 1908 yılında k sabiti 1.3806488 × 10−23 J/K olarak saptanmıştır.
Kapalı sistemdeki parçacıklar denge durumuna ulaşana kadar Entropi artar, denge oluştuğunda Entropi sabit kalır. Kapalı sistemlerde Entropi hiç azalmaz. Entropinin artışı ile karmaşa da artar. Şu halde Entropi karmaşa ile yakından ilişkili bir kavramdır. Doğada hem düzen hem karmaşa vardır. Şu halde doğada ve evrende Entropi yerel olarak azalabilir. Altta solda yıldızların oluşumunu görüyoruz. Bu konuyu 1 Şubat tarihli “Karadelikler ve Evren” başlıklı yazımda anlattım. Yıldızlar ve özellikle Karadelikler çok yoğun gök nesneleri olup, oluşmaları sırasında Entropi yerel olarak azalmıştır. Canlı varlıkların oluşumunda da yerel olarak Entropi azalır. Fakat, canlı veya cansız her var olanın bir yaşam süresi vardır. Demek ki düzen ve karmaşa bir döngü içindedir. Bu durumu altta sağda görüyoruz. Entropinin artışı doğadaki belirsizlikle ilgili olup, Entropinin azalışı Enerji korunumu ile ilgilidir. Tüm var olanlar varlıklarını sürdürmek için enerjilerini korumak zorundadırlar. İnsanlar da enerjilerini korumak için gruplar kurarlar. Aileler, dernekler, vakıflar, politik partiler, köyler, şehirler ve nihayet ülkeler Enerji Korunumu ilkesinin ürünüdürler.
Günümüzde yapılan gözlemlere göre evren sadece genişlemekle kalmıyor, ayrıca gittikçe hızlanarak genişliyor. Evrenin genişlemesi “Karanlık Enerji” kavramıyla açıklanmak isteniyor. Altta ortada evrenin % 74’ünün Karanlık Enerji olduğu belirtiliyor. Eğer evrenin genişlemesi sürecek olursa evrendeki gök nesneleri birbirlerinden uzaklaşırken, öte yandan Karadeliklerin ve Beyaz cücelerin de sayısı artacaktır. Yani Entropi genel olarak artarken, yerel olarak azalmaya devam edecektir. Evrende Karadeliklerden ve Nötron yıldızlarıyla Beyaz Cücelerden başka ışıyan yıldız kalmadığında sürekli ve sonsuz bir karanlığın var olacağı düşünülüyor. Bu geleceğe karamsar bir bakıştır. İyimser bakışa göre ise evren sürekli bir genişleme içinde olmayacak, bir kritik noktada yeniden daralmaya başlayacaktır. Zira doğum-ölüm döngüsü olduğundan evren kendi küllerinden yeniden doğacaktır. Her iki görüş de birer varsayım olup, geleceğin nasıl olacağını şimdiden kestirmek mümkün değildir.
