Zaman ve Termodinamik

Boltzmann’ın tanımladığı termodinamik dengeden bu tür bir dalgalanma ile içinde yaşadığımız Evren arasındaki anahtar fark, Evren’in genişlediğidir. Kararlı durumdaki kaosun sonsuz ve ebedi bir metaevreninde, bir dalgalanmanın tıpkı bizimki gibi olan, ama genişlemeyen bir evren üretmesi oldukça olası, fakat son derecede enderdir; ama önceden gördüğümüz gibi, bu tek bir oda tek bir gezegen veya hatta bir kaosun ortasında yüzen çıplak bir insan beyni üreten bir dalgalanmanın olmasından çok daha az olasıdır. Evren’imizin bir Büyük Patlama ile başlaması bakış açımızı değiştirir; ima ettiğim ve tam olarak bir sonraki bölümde anlatacağım gibi, dalgalanmaların bir Büyük Patlama oluşturduğu düşünüldüğü sürece genişleyen evren yalıtılmış bir insan beyni oluşturmaktan çok daha kolaydır. Fakat bildiğimiz şekilde Evren’in nasıl doğduğuna gelmeden önce, bizim özel Evrenimizin, yani bizim türde evrenin, yapısı bize termodinamik ve zaman oku üzerine biraz daha farklı bir bakış açısı verir. Ayrıca genişleyen evrenin kütleçekim tarafından bir arada duran madde yığınlarını içerdiği gerçeği her şeyi daha enteresan bir hale getirir.

Klasik termodinamik büyük ölçüde 19. yüzyılda Clausius, Kelvin, Boltzmann ve Amerikan Josiah VVilliard Gibbs gibi öncüler tarafından geliştirildi. Klasik termodinamik esasen dengedeki sistemleri ele alır. Örneğin önceden tanımladığım gaz kutusundaki bölme kaldırıldığında gazın tüm kutuyu doldurmak için yayılacağını, çünkü gazla dolu olan kutunun bir denge durumunda olduğunu bize anlatabilir. Ama başarılarına rağmen, klasik termodinamik gaz kutuyu doldururken, yani dengede değilken ne olduğunu açıklamada çok başarılı değildir. Aslında, başka bir yerde ele aldığım üzere, klasik termodinamik zaman yokmuş gibi davranır. Gazın bir kutuyu doldurmak için yayılması ve çok daha karmaşık sistemler, birbirinden ufacık aşamalarla aynlan, ama her biri “statik” olan biraz farklı durumların dizisi cinsinden tanımlanır. Çok küçük derecede aşamalar, aslında, gazın kutuyu doldurması için sonsuz uzunlukta olması anlamına gelir; dolayısıyla bu yaklaşımla ilgili açıkça bir kusur vardır. İsmindeki “dinamik” terimi değişimi ima etse de, klasik termodinamik aslında hiç de değişimi tanımlamaz ve entropi gibi anahtar kavramlar, dengedeki sistemlerin hesaplamasıyla, dengedeki bir sistemi dengedeki başka bir sistemle veya tıpkı bölme çekilmeden önce ve çekildikten sonra olduğu gibi aynı sistemi farklı bir durumdayken karşılaştırarak çözülmüştür. Bu anahtar kavramların yanlış olduğu anlamına değil, tüm hikâyeyi anlatmadıkları anlamına gelir.

20. yüzyılda ve özellikle ikinci yansında, Norveçli Lars On sagar ve Rusya Prigogine gibi öncülerin çalışmalarından yola çıkarak, bilim adamları şeylerin nasıl değiştiğini ve karmaşık sistemlerin (insanların karmaşıklığı veya Dünya’daki yaşam ağı dahil) nasıl basit bileşenlerden oluştuğunu açıklayarak ve bir enerji akışını kaynak alıp görünüşte termodinamiğin ikinci kuralını hiçe sayarak, dengede olmayan termodinamiği kavramayı geliştirdi. Tüm bunlar matematikçilerin kaos dediği şeyi (Boltzmann’ın dünyanın doğal durumu olarak öngördüğü termodinamik kaosla aynı şey değil) ve günümüzdeki en önemli araştırma alanlarından biri olan karmaşık sistemler üzerine çalışmayı oluşturdu; ama burada tüm bu detaylara girmek gerekmez. Dikkate almamız gereken önemli nokta, denge hakkındaki fikirlerimizin genişleyen bir evrende değiştirilmesi gerektiğidir.

Gazın kutuyu tekrar doldurmak için genişlediği basit örneğe geri dönelim. Tamamen kaldırılmış bir bölmeyle iki yanya düzgünce bölünmüş sonlu bir kutu yerine, çok uzun, (belki de sonsuzca uzun) içinde piston olan bir borumuz olduğunu ve pistonun düzenli olarak boyu boyunca çekildiğini ve gazın pistonun arkasında sürekli artan hacmi doldurmak için genişlediğini varsayalım; piston hareket ettiği sürece, gaz termodinamik bir dengeye yerleşemez. Veya gazın sonsuz büyük bir kutunun bir köşesinden başlayıp, çevreleyen boşluğa doğru genişlediğini hayal edin; her zaman termodinamik dengedeki bir duruma doğru giderek, ama asla ulaşamayarak, sonsuza kadar genişlemeye devam eder. Veya sıkışmış gazla dolu küçük bir kutuyla başladığımızı, ama kutunun kendisinin genişlediğini dolayısıyla gazın da onunla genişlediğini ya da kutunun kapağını açtığımızı ve gazı sonsuz bir vakuma bıraktığımızı varsayın. Bunların hepsi Büyük Patlama’dan bu yana Evren’in genişlemesine dair mantıklı benzetmelerdir ve ikinci bölümde tanımladığım kara eneıji dahil olmak üzere sahip olduğumuz en iyi kanıt, Evren’in maddi içeriğinin seyrelerek sürekli genişleyeceğidir. Bunun
nasıl başladığıyla ilgili çok fazla kafa yormayın, tüm hepsi zamanla açıklığa kavuşacak.

Evren’in bu genişleme ve seyrelmesi, entropinin artması ve termodinamik sistemlerin denge durumuna eğilimi tarafından tanımlanan oktan oldukça farklı bir şekilde, bize başka bir zaman oku verir. Geçmiş dediğimiz şey ile gelecek dediğimiz şey arasında açıkça bir kozmolojik fark vardır; geçmiş, galaksi kümelerinin şimdikinden daha yakın durduğu zamandır ve gelecek, galaksi kümelerinin şimdikinden daha uzak durduğu zamandır. Başka bir deyişle, kişisel zamanın akışı tecrübemize göre kozmolojik ve termodinamik oklar aynı yönü gösterirler; Evren büyüdükçe daha fazla yıldız sönecektir ve her şey daha yüksek bir entropi durumunda, termodinamik dengeye daha yakın olacaktır.

Ama tüm bu açıklamada bir şeyin garip olduğunu fark etmiş olmanız gerekir. Geleceğin galaksi kümelerinin daha uzak durduğu zaman olduğunu söyleyebiliriz; ama galaksiler gibi büyük nesneler, termodinamik dengeye doğru giden ve çok düzgün bir gazdan başlamış bir Evren’de ne yapıyorlar? Geleceğin, yıldızların söndüğü zaman olduğunu söyleyebiliriz; ama açıkça etrafıyla termodinamik dengede olmayan yıldızlar gibi sıcak nesneler, nasıl Evren’de oluşabiliyor? İki sorunun da cevabı kütleçekimdir. Kütleçekim, kendisinin yokluğunda uygulanan termodinamik yasalarını hiçe sayarak, düzensizliklerin oluşmasını sağlar. Dünya üzerinde su bardağında eriyen buz küpleri veya gaz kutulan gibi şeylerin davranışını kavramada kütleçekim çok önemli olmadığı için, klasik termodinamik kütleçekimi içermez. Ama kütleçekim yıldızlar, galaksiler ve Evren ölçeğinde karşı konulamaz bir şekilde önemlidir. En azından bir süreliğine, bir yer ile diğeri arasındaki sıcaklık farkını ve Evren’i tanımlamak için gereken bilgi miktarını arttırarak, kütleçekim, klasik termodinamiğin kurallarını baştan aşağı değiştirebilir, çünkü çok ilginç bir özelliği vardır. Kütleçekimsel enerjinin bir yıldız veya bir galaksi hatta sizin vücudunuz gibi bir madde yığınıyla ilişkisi negatiftir. Bu demektir ki, kütleçekimsel alan negatif entropi içermektedir; yani kütleçekim entropi için kuyu etkisi oluşturur.

Benzer Yazılar

About The Author

editor

Leave a Reply