Karanlık enerjinin sürekli artışının entropi ile ilişkisi var mı?

Entropinin tanımını vermeden önce Temrodinamik yasalarını kısaca hatırlayalım:

0.Yasa: İki farklı sistem 3. bir sistemle ayrı ayrı ‘Isıl Denge’ (thermal equilibrium) içindeyse bu iki sistem kendi arasında da Isıl Denge içindedir.

1.Yasa: Dışarıdan izole edilmiş bir sistemin ‘iç enerjisi’ sabittir.

2.Yasa: Soğuk bir ortamdan sıcak bir ortama ısı transferi mümkün değildir.

Elimizdeki sıcak çay bulunduğumuz odanın ısı enerjisini alıp daha da sıcak hale gelemez.

3.Yasa: Bir sistemin sıcaklığı ‘mutlak sıfıra’ yani ~ -274 Celcius’a yaklaştıkça Entropisi de minimum değerine gider.

Termodinamiğin ikinci yasası entropi adı verilen yeni bir özelliğin tanımına yol açar. Entropi biraz soyut bir kavramdır ve fiziksel olarak tanımlamak zordur. Genel olarak tanımlarsak entropi bir sistemdeki kayıplara sebep olan düzensizliklerin ve kararsızlıkların bir ölçüsüdür. Enerjinin tersine, entropi korunan bir özellik değildir, entropinin korunumu ilkesinden söz edilemez. Söz konusu olan entropinin değişimidir.

Entropi her zaman artar ve gözlemlenen tüm olaylar bu yasa ile uyumludur, bu yasaya uymayan hiçbir makine yapılamaz, mühendislik ve temel bilimlerdeki tüm teoriler ve yasalar bu kanuna uyar.

Entropi bir sistemdeki düzensizliğin ve karmaşanın bir ölçüsü olarak görülebilir. Benzer olarak entropi üretimi de bir değişim sırasında oluşan düzensizlik ve karmaşa olarak kabul edilebilir. Evren maksimum düzensizlik minumum enerji kuralına göre işler. Bilinenin aksine doğa da bir denge yoktur .

İki tekerlekli bisikletin üzerinde hareket etmeden dengede duramazsınız, bisikleti dengede tutmak için hareket ettirmeniz gerekir. İnsanlar bu kavramı zor anladığı için iki tekerlekli pedalli bisikletlerin icadı ;teknolojisi çok basit olmasına rağmen 19.yy sonunda bugünkü anlamda ki kullanımıyla icat edimiştir, neredeyse modern benzinli araçların icadı ile aynı tarihte.

Odanızı toplamazsanız tüm eşyalarınız bir yere dağılır, yani odanızı düzenli tutmak için herhangi bir enerji harcamayıp eşyaları gelişigüzel etrafa saçarsanız sistemin entropisi artar , entropi değişimini azaltmak için enerji harcayıp odamızı düzenleriz. Ama çok az eşyamız varsa entropi değişimi fazla olmaz az enerji harcarız , fazla eşyanız varsa onları korumak ve kaybetmemek için fazladan para harcamanız gerekir. Firmalar küçük olduğu ilk kuruldukları an iflas etmezler, en güçlü oldukları zamanda iflas ederler; çünkü entropi artmış düzeni korumak için fazla enerji ve kaynak gerekmektedir.

İmparatorluklar en güçlü oldukları zaman yıkılırlar ( Britanya İmparatorluğu yıkıldığında üzerinde güneş batmayan imparatorluk olarak nitelendiriliyordu, Moğol İmparatorluğu yıkıldığında 22 milyon km2lik bir alana yayılmıştı, Sovyetler Birliği yıkıldığında dünyanın 2.büyük ekonomik gücüydü ve çoğu ağır sanayii üretiminde dünya birincisiydi) .

Kısacası evren minimalisttir, minimum enerji düzeyine ulaşmak ister. Elektron bir üst seviyeye çıkınca hemen foton yayıp geri eski haline gelir, bir atomda , aynı kuantum sayısına sahip 2 elektron bulunamaz.

Bu şekilde sayısız örnek verilebilinir, hepsi termodinamik ikinci yasası ile ilgilidir.

Entropi S ile gösterilir , kabaca S=Q/T ifadesi yani sistemin ısısının sıcaklığına oranının sürekli artıyor olması; örneğin gaz dolu bir odayı örnek alırsak, bir odadaki gazın düzensizliğinin daimi şekilde arttığını, en ideal koşullarda ancak sabit kaldığını anlatmakta.

Bu ifadeyi evrenimize uygularsak entropi sürekli artma eğiliminde olduğu için S>=0 ; evrenin ortalama sıcaklığının azalması gerekmektedir, gözlemlenen gerçeklikte bu şekildedir.

Peki evrende entropi sürekli artıyorsa çok çok uzun bir zaman önce entropi değişiminin çok çok küçük olması gerekir, işte bu zaman evrenin oluştuğu an olan big bang zamanıdır. Entropi sürekli artmaktadır çünkü evren dengede değildir, dengeye ulaştığı zaman entropi artışı duracak ve ısıl ölüm gerçekleşecektir.

Evren dengede olmadığı için geri dönüşü olmayan şeyler olmaya devam ediyor. Kahve fincanları soğuyor, Güneş parlamaya devam ediyor ve hepimiz oksitlenerek yaşlanıp sonra ölüyoruz. Termodinamiğin ikinci yasası dS>= 0 bunları niceliksel olarak belirler, geri dönüşü olmayan değişiklikler ve zamana yön verir. Eğer evren entropinin dengede olduğu bir anda başlamış olsaydı denge durumunda evrenin entropisi Suni maksimum olacaktır; Suni = Smax ve geri döndürülemez olaylar kahve fincanlarının ve yaşam formlarının oluşması gibi süreçler gerçekleşmeyecekti. Geri dönüşü olmayan süreçlerde dS = 0 olurdu ve bu gerçek, hiçbir olay olmayacağı için gözlemlenemez olurdu, kısacası evren oluşmazdı.

Evren sürekli genişlediği ve galaksilerinde birbirinden artan bir ivmelenmeyle birbirinden uzaklaştığı artık bilinen bir gerçek olduğuna göre buna sebeb olan enerjiye fizikçiler karanlık enerji demişlerdir, şu an için tam olarak bu enerjinin ne olduğunu bilmiyoruz. Bu uzaklaşma hızı sürekli artıyor ve ivlenmede arttığı için buna sebeb olan enerjinin de sürekli artması gerekir. Bu da entropinin evrende artan bir hızla artması anlamına gelir.

Karanlık enerjinin entropinin sürekli artmasına büyük katkı yaptığını söylemek için karanlık enerjinin sıcaklığını ölçmemiz gerekir, bunun da ne olduğunu şu an için bilmiyoruz. Ancak karanlık enerjinin evrenin ilk oluşum anındaki sıcaklığının maksimum olması gerekir ( hiçbir şey termodinamiğin ikinci yasası ile çelişemez) çünkü sistem çok hızlı üssel bir şekilde genişlemekte yani sisteme termodinamik iş yapılıyor( burda sistemden kasıt evrenin kendisidir) ; peki karanlık enerjinin evrenin ilk zamanlarında sıcaklığı maksimum ise ve entropide 13,7 milyar yıldır artıyorsa nasıl oluyorda sıcaklığı azalan karanlık enerji galaksileri artan bir hızda birbirinden uzaklaştırıyor; çelişki gene yok merak etmeyin bu işlemin olması için karanlık enerjinin miktarının da artıyor olması gerekir , peki bu artan karanlık enerji nerdne kompanse ediliyor. Ne yazık ki onu şu an için bilmiyoruz, bilim adamları araştırıyor , belki bunu okuyan genç öğrenciler bu sırrı çözebilir.

Sonuç olarak termodinamik ikinci yasası inanılmaz bir şekilde hep doğru çıkıyor. Örneğin bu yasaya göre evren tekillikten , hiçbirşeyden oluşabilir , çünkü tekilliğin hiçbirşeyin entropisi sıfırdır, böyle bir olasılık vardır. Sosyal bilimlere uygularsak çok fakir biri bir gün çok zengin olabilir, iflas etmiş bir firma tekrar ayağa kalkabilir, enseyi karartmamak gerek, Stephen Hawkingin dediği gibi where there's life there is hope, çıkmadık candan umut kesilmez.

^[1]