Evren ve Entropi

Evren ve Entropi

Düzensizlik (entropi) ile ilgili günlük hayattan örnekler verebilir misiniz? Bir kaynakta, bir insanın doğumuyla birlikte evrenin geçici olarak düzensizliğinin azaldığını, ancak insanın ölmesiyle birlikte düzensizliğin tekrar arttığını okumuştum. Bunun sebebi nedir? Bir de yine bir kaynaktan öğrendiğime göre, evrendeki faydalı iş yapabilecek enerji sürekli azalıyor, düzensizlik artıyormuş. Bu durum, evrenin daha kararlı duruma geçmesi demek değil midir? Evren bir yandan daha kararlı bir duruma gelirken bir yandan da daha düzensiz olabilir mi?


Düzensizlik (entropi) ile ilgili günlük hayattan örnekler verebilir misiniz?

Örneğin bir salonun köşesinde bir kibrit çaktığımızda, kibritin ucundaki maddede depolanmış olan kimyasal enerji açığa çıkar ve bu arada yüksek hızla salınan gazın molekülleri, yakındaki hava molekülleriyle çarpışarak, onların kinetik enerjisinin artmasına yol açar. Bu hava molekülleri de, dışarıya doğru giderek genişleyen küresel kabuklar içindeki moleküllerle çarpışarak, onlara da kinetik enerji aktarırlar. Bir süre sonra; başlangıçta kibritin ucundaki maddede ‘derli toplu ve düzenli’ bir halde bulunan enerji, tüm salona dağılmış, salondaki moleküller arasında, neredeyse eşit olarak paylaşılmıştır. ‘Düzensizlik’ veya düzensizliğin bir ölçüsü olan ‘entropi’ artmıştır. Benzer şekilde, başlangıçta kibritin ucunda ‘derli, toplu ve düzenli’ görünen minicik katı parçacıklar kümesi, yani duman da, moleküllerle çarpışmalar sonucu, yani difffüzyon yoluyla tüm salona dağılır. Bu tür süreçlerin, ‘tersi kendiliğinden yer alamaz’ anlamında ‘tersinmez’ olduğu söylenir. Çünkü böyle bir kibrit yakma sürecini her birimiz defalarca izlemiş; fakat kibritin yakılması sonucunda salona dağılmış olan enerjinin, kendiliğinden tekrar sönmüş kibritin ucunda toplanarak kibriti yeniden ateşlediğini hiç birimiz asla görmemişizdir. Bu ikinci olay, fizik yasaları çerçevesinde mümkün olmakla beraber, kapalı sistemlerde kendiliğinden yer alan süreçlerde entropinin azalmamasını öngören ‘termodinamiğin ikinci yasası’ (ΔS≥0) nedeniyle gerçekleşmesi olasılığı yok denecek kadar az olan bir olaydır.

Bir başka örnek, mutfaktaki tezgahın üzerinde bulunan bir yumurtanın yere düşüp kırılmasıdır. Başlangıçta karmaşık bir yapı içerisinde ‘derli toplu ve düzenli’ olan bir atom ve moleküller kümesi, sonuçta ‘paramparça ve darmadağınık’ bir hal alır. Düzensizlik artışıyla sonuçlanan bu olay da keza, ‘tersinmez’ bir süreç oluşturur. Çünkü kırık bir yumurtanın kendiliğinden derlenip toparlanarak eski haline geldiği görülmemiştir.

Bir kaynakta, bir insanın doğumuyla birlikte evrenin geçici olarak düzensizliğinin azaldığını, ancak insanın ölmesiyle birlikte düzensizliğin tekrar arttığını okumuştum. Bunun sebebi nedir? 

Kırık bir yumurtanın kendiliğinden eski haline gelmesi olasılığının yok denecek kadar az olması demek, böyle bir olay gerçekleşemez demek değildir. Örneğin, yumurtayı öylesine paramparça etmiş olalım ki, moleküllerine ve hatta atomlarına ayrılmış olsun. Bu atom ve moleküller kümesini, dışarıdan enerji almak suretiyle tekrar bir yumurta haline getirmek mümkündür. Nitekim bir tavuk bunu hemen her gün yapar: Bahçede eşelenerek bulduğu besin maddelerini, enerji ve hammadde temini için kullanarak, yumurtalığında yepyeni bir yumurta sentezler. Bu yumurtayı oluşturan atom ve moleküller başlangıçta, bahçedeki değişik unsurlarda darmadağınık, iş bittiğinde ise, karmaşık bir yumurtanın yapısında ‘derli toplu ve düzenli’dir. Vurgulamak gerekirse, tavuğun bunu yapabilmek için dışarıdan ‘enerji ve hammadde’ alması gerekir. Fakat bu yumurtayı sentezleme süreci sırasında; nefes alıp vermekte, terlemekte, ara sıra tuvalete de gitmektedir. Bunların her biri, keza ‘tersinmez’ süreçlerdir; entropi artışına yol açarlar. Şöyle ki; tavuğun yumurtayı sentezlemesi nedeniyle gerçekleşen entropi azalması, tavuğun bu işlem sırasında gerçekleştirmek zorunda olduğu ‘tersinmez’ işlemlerin yol açtığı entropi artışlarının toplamından daha azdır. Sonuç olarak, yumurtanın sentezlenme süreci sonunda; tavuğun bünyesindeki toplam entropi belki azalmış, fakat ‘tavuk+bahçe’ sisteminin toplam entropisi artmıştır. Çünkü genişleyen bir evrendeki toplam entropi artmak zorundadır. Demek istediğim şu ki; bir canlığın doğumu ve büyümesi, canlının bünyesindeki düzenliliğin artmasını gerektirir: bu doğru. Fakat canlı bunu başarırken, çevresindeki entropide, kendi bünyesindeki entropi azalmasından daha büyük miktarda entropi artışına yol açar. Sonuç olarak, evrendeki toplam entropi artar: azalmaz. Canlının ölümünden sonra ise, bünye bozunmaya, bünyedeki düzen azalmaya başlar. Yani entropi artmaktadır. Fakat bir yandan da, bozunmakta olan bu bünyeden beslenen böcekler ve solucanlar, kendi bünyelerinde düzen inşa etmekte, yani bünyelerindeki entropiyi azaltmakta, en azından artmasını engellemektedirler. Sonuç olarak; entropi bir yerlerde artar, diğer yerlerde azalırken, evrendeki toplam entropi artmaya devam etmektedir.

Bir de yine bir kaynaktan öğrendiğime göre, evrendeki faydalı iş yapabilecek enerji sürekli azalıyor, düzensizlik artıyormuş.

Bu doğru bir tespit. Örneğin, evrenin sadece bir parçası olan dünyamızı ele alacak olursak, biz yeryüzündeki, petrol ve kömür gibi enerji kaynaklarını tükettikçe, dünyamızdaki ‘iş yapabilecek enerji’ azalıyor ve bu kullanım süreçleri, toplam entropiyi arttırıyor. Gerçi bu kaynakların; güneşin ışınları aracılığıyla dünyamıza sağladığı enerji sayesinde çeşitli bitki ve hayvan kalıntılarından daha önce nasıl oluşmuşlarsa, yeniden oluşmaları mümkün. Fakat bu, milyonlarca yıl alan uzun bir süreç. Evren genelinde ise, ‘dışarıdan’ bir enerji kaynağı olmadığı için, yeni enerji kaynaklarının oluşması imkansız. Dolayısıyla, entropi artışına paralel olarak; toplam enerji azalmıyor, fakat ‘iş yapabilecek’ enerji azalıyor.

Bu durum, evrenin daha kararlı duruma geçmesi demek değil midir?

Evet. Tıpkı; kibritin ucundaki kimyasal enerjinin salondaki tüm moleküller arasında eşite yakın bir şekilde paylaşılmış olması halinin, enerjinin kibrit ucunda depolanmış olduğu başlangıç haline göre daha kararlı bir durum oluşturması örneğinde olduğu gibi. Entropi artışı, tersinmez olaylara eşlik ettiği için, beraberinde daha kararlı durumlar getiriyor.

Evren bir yandan daha kararlı bir duruma gelirken bir yandan da daha düzensiz olabilir mi? 

Evet, öyle oluyor zaten. İlk patlamadan kaynaklanmış olup da, bugün tüm evrene yayılmış bulunan ‘mikrodalga ışınımı’ bunun bir örneği. Ancak evrenin genişliyor olması, entropinin maksimuma ulaşacağı ‘en kararlı’ hali, yani ölüm halini geciktiriyor.

http://biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz